快速上手 Microsoft Proxy 库
2025-05-25 20:11:24 #C++

介绍

最近了解到了一个微软开源的 C++ 库Proxy，并称其为下一代多态库，旨在解决 C++ 传统虚函数和继承带来的问题。
GitHub：https://github.com/microsoft/proxy


简单点说，这个库实现了类似 go 语言中的 interface。直接看一个例子就懂了，传统C++风格的多态：

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struct animal
{
    virtual std::string name() const = 0;
};

struct dog : public animal
{
    std::string name() const override
    {
        return "dog";
    }
};

struct cat : public animal
{
    std::string name() const override
    {
        return "cat";
    }
};

void print_name(animal& a)
{
    std::cout << a.name() << std::endl;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    dog d;
    print_name(d);

    cat c;
    print_name(c);
    
    return 0;
}

用了Proxy后的样子：

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#include <proxy.h>

struct dog
{
    std::string name() const
    {
        return "dog";
    }
};

struct cat
{
    std::string name() const
    {
        return "cat";
    }
};

// 定义成员方法
PRO_DEF_MEM_DISPATCH(MemName, name);

// 理解为接口即可
struct AnimalFacade : pro::facade_builder
    ::add_convention<MemName, std::string() const>
    ::build
{
};

void print_name(const pro::proxy<AnimalFacade>& a)
{
    std::cout << a->name() << std::endl;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    const auto d = pro::make_proxy<AnimalFacade, dog>();
    print_name(d);

    const auto c = pro::make_proxy<AnimalFacade, cat>();
    print_name(c);
    return 0;
}

区别很明显：dog和cat没有祖先类，也没有虚函数。只需要满足Facade定义即可，成功干掉了虚函数。

构造方法

空接口

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pro::proxy<AnimalFacade> empty_facade;
assert(empty_facade == nullptr);

构造新实例

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pro::proxy<AnimalFacade> p1 = pro::make_proxy<AnimalFacade, dog>();
pro::proxy<AnimalFacade> p2 = pro::make_proxy_inplace<AnimalFacade, dog>();
pro::proxy<AnimalFacade> p3 = pro::make_proxy_shared<AnimalFacade, dog>();

这三种构造方式的主要区别在于内存分配方式和生命周期管理：

pro::make_proxy

  • 堆分配：在堆上创建 dog 对象
  • 独占所有权：类似 std::unique_ptr
  • 移动语义：只能移动，不能拷贝（除非指定 support_copy）

pro::make_proxy_inplace

  • 栈内分配：在 proxy 对象内部直接存储 dog
  • 无堆分配：性能更好，避免动态内存分配
  • 大小限制：对象必须足够小以适应 proxy 的内部存储

pro::make_proxy_shared

  • 共享所有权：类似 std::shared_ptr
  • 引用计数：多个 proxy 可以共享同一个对象
  • 自动销毁：当最后一个引用被销毁时，对象才被销毁

简短示例说明

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void demonstrate_differences() {
    // 1. 堆分配，独占所有权
    auto p1 = pro::make_proxy<AnimalFacade, dog>();
    // auto p1_copy = p1;  // 错误：无法拷贝（除非支持 support_copy）
    
    // 2. 栈内分配，无堆开销
    auto p2 = pro::make_proxy_inplace<AnimalFacade, dog>();
    // 性能最佳，但对象大小有限制
    
    // 3. 共享所有权，可以安全拷贝
    auto p3 = pro::make_proxy_shared<AnimalFacade, dog>();
    auto p3_copy = p3;  // 正确：共享同一个对象
    
    std::cout << "p3 和 p3_copy 指向同一个对象" << std::endl;
}

选择建议：

  • 性能优先且对象较小 → make_proxy_inplace
  • 需要共享 → make_proxy_shared
  • 一般情况 → make_proxy

拷贝 support_copy

默认情况下是禁止 proxy 之间拷贝的

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auto p1 = pro::make_proxy<AnimalFacade, cat>();
auto p2 = pro::make_proxy<AnimalFacade, dog>();
p1 = p2; // error

除非在facade定义时显示设置允许拷贝

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struct AnimalFacade : pro::facade_builder
    ::add_convention<MemName, std::string() const>
    ::add_convention<MemAge, int() const>
    ::add_convention<MemSetAge, void(int)>
    ::support_copy<pro::constraint_level::nontrivial>  // 非平凡拷贝
    ::build
{
};

support_copy 支持四个不同的 constraint_level 选项，它们定义了对象拷贝能力的不同约束级别：

1. constraint_level::none

  • 含义：不支持拷贝
  • 特点：
    • 禁止拷贝操作
    • 这是默认级别（如果不指定 support_copy）
    • 适用于只移动（move-only）的类型

2. constraint_level::nontrivial

  • 含义：支持非平凡拷贝
  • 特点：
    • 要求类型具有拷贝构造函数（std::is_copy_constructible_v<T>）
    • 允许有用户定义的拷贝构造函数
    • 拷贝操作可能抛出异常
    • 适用于大多数自定义类型

3. constraint_level::nothrow

  • 含义：支持无异常拷贝
  • 特点：
    • 要求类型具有无异常拷贝构造函数（std::is_nothrow_copy_constructible_v<T>）
    • 拷贝操作保证不抛出异常
    • 提供更强的异常安全保证

4. constraint_level::trivial

  • 含义：支持平凡拷贝
  • 特点：
    • 要求类型具有平凡拷贝构造函数和平凡析构函数
    • std::is_trivially_copy_constructible_v<T> 和 std::is_trivially_destructible_v<T>
    • 最高效的拷贝方式，通常可以使用 memcpy
    • 适用于 POD 类型和简单结构

组合接口

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struct ReadFacade : pro::facade_builder
    ::add_convention<MemRead, void()>
    ::build
{
};

struct WriteFacade : pro::facade_builder
    ::add_convention<MemWrite, void()>
    ::build
{
};

struct FileFacade : pro::facade_builder
    ::add_facade<ReadFacade>
    ::add_facade<WriteFacade>
    ::build
{
};

默认情况下，接口无法向上转换

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auto p1 = pro::make_proxy<FileFacade, dog>();
pro::proxy<ReadFacade> p2 = p1; // error

需要显示指定add_facade第2个参数为true

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struct FileFacade : pro::facade_builder
    ::add_facade<ReadFacade, true>
    ::add_facade<WriteFacade, true>
    ::build
{
};

要注意，转换时的拷贝行为

1. make_proxy - 会发生拷贝

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auto p1 = pro::make_proxy<FileFacade, dog>();  // 堆分配，独占所有权
pro::proxy<ReadFacade> p2 = p1;  // ❌ 发生拷贝！创建新的 dog 对象

2. make_proxy_inplace - 会发生拷贝

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auto p1 = pro::make_proxy_inplace<FileFacade, dog>();  // 栈内分配
pro::proxy<ReadFacade> p2 = p1;  // ❌ 发生拷贝！创建新的 dog 对象

3. make_proxy_shared - 不会拷贝

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auto p1 = pro::make_proxy_shared<FileFacade, dog>();  // 共享所有权
pro::proxy<ReadFacade> p2 = p1;  // ✅ 不拷贝！共享同一个 dog 对象

总结

  • make_proxy：堆上分配，类似std::unique_ptr，独占所有权，默认只许移动。但可以设置support_copy允许拷贝。
  • make_proxy_inplace：栈上分配，类似std::unique_ptr，独占所有权，默认只许移动。可以显示设置support_copy允许拷贝。
  • make_proxy_shared：堆上分配，类似std::shared_ptr，共享所有权，不发生拷贝，只增加引用计数。
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2025-05-25 20:11:24 #C++
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