发布 Proxy 4：C++ 多态的下一次飞跃

优质创作者: 编程框架技术领域

领域专家: 操作系统技术领域

2026-04-07 11:01:41

Proxy 4 版本已正式发布！经过多年的创新，且自 2022 年起便在 Windows 操作系统代码库中持续投入使用，Proxy 已从一项大胆的实验，成熟为一款面向运行时多态性的生产级现代 C++ 库。Proxy 背后的理论具有原创性，其设计也已在大规模场景中得到验证。我们非常高兴能邀请广大 C++ 社区与我们一同塑造多态性的未来。你的想法与贡献，比以往任何时候都更受欢迎！

特别感谢 @SidneyCogdill 做出的杰出贡献，尤其是为 Proxy 带来了对 C++20 模块的支持，并推动了主版本兼容性相关工作。他的付出让这个库变得更易于使用，也更具前瞻性。

什么是 Proxy？

Proxy 是一个仅头文件、跨平台的 C++20 库，它让你能够编写多态代码，却无需承受继承带来的麻烦，也不必受传统虚函数的限制。借助 Proxy，你可以：

编写可移植、无侵入且易于维护的代码
灵活管理对象生命周期，可选择是否拥有所有权
实现的性能可与手写代码相媲美甚至更优
从任意表达式中构建抽象：包括成员函数、自由函数、运算符、类型转换等

如果你刚接触 Proxy，不妨查看我们的 GitHub 代码仓库以及之前的公告：宣布推出支持动态多态的 Proxy 3 库和分析“Proxy”库的性能。

新网站：一站式参考指南

我们推出了一个全新的文档网站，基于 MkDocs 构建，助你找到关于 Proxy 的所有所需信息。新网站优化了导航布局，整合了常见问题解答，并为所有功能和 API 设计了清晰的结构。浏览文档，开启你的使用之旅吧！

立即在 Compiler Explorer 中试用 Proxy

现在你可以直接在浏览器中通过Compiler Explorer来试用 Proxy 了！无需任何安装，即可编写、运行并查看 Proxy 代码。只需在 Compiler Explorer 中点击“库”并搜索“proxy”，或者使用我们示例中的共享链接即可开始体验。这是了解 Proxy 实际应用并与他人分享你的发现的绝佳方式。

Proxy 4 有哪些新功能？

技能：可组合的外观功能

我们来看看为你的类型添加格式支持有多简单（在 Compiler Explorer 中运行）：

#include <format>
#include <proxy/proxy.h>

struct Formattable : pro::facade_builder
    ::add_skill<pro::skills::format>
    ::build {};

int main() {
  pro::proxy<Formattable> p = pro::make_proxy<Formattable>(123);
  std::cout << std::format("{}\n", *p); // Prints "123"
}

技能是可复用的构建模块，只需一行代码，你就能为你的门面添加强大的功能：

skills::format 和 skills::wformat：为你的代理启用标准 C++ 格式化功能。这在虚函数或早期版本的 Proxy 中是无法实现的。
skills::fmt_format 和 skills::fmt_wformat：为你的代理完整引入 {fmt} 库支持，让你无需编写冗余代码即可使用高级格式化功能。
skills::rtti：为你的代理添加运行时类型信息和安全类型转换。
skills::as_view 和 skills::as_weak：支持无缝转换为非拥有式或弱代理，让代码更安全、更具表达力。
skills::slim：将你的代理限制为指针大小的存储，以实现最高效率。

技能易于组合和扩展。你还可以编写内部的、特定领域的技能来捕获各类模式（日志记录、指标挂钩、验证、检测），这样团队就能复用一个经过充分审核的定义，而不必重复制定约定。这能提升一致性和长期可维护性。更多信息请参阅技能文档。

便捷的借用与弱引用

Proxy 4 为非拥有式引用和弱引用提供了便捷的别名：proxy_view 和 weak_proxy。这些功能基于核心的 proxy 概念构建，让你能更轻松地在代码中表达借用和弱所有权模式。例如，你可以使用 proxy_view 安全地借用对象而不获取其所有权，或使用 weak_proxy 创建一个可在需要时锁定的弱引用。有关详细信息，请参阅 proxy_view 文档和 weak_proxy 文档。

共享所有权变得简单

借助全新的 make_proxy_shared 和 allocate_proxy_shared 应用程序编程接口（API），你可以高效地创建共享代理和弱代理，无需承担 std::shared_ptr 带来的额外开销。这些应用程序编程接口（API）采用紧凑的内部指针类型，确保了高性能与低内存占用。如需了解更多信息，可查看 make_proxy_shared 文档和 allocate_proxy_shared 文档。

更智能的分发与转换

weak_dispatch 允许你为缺失的约定定义回退行为，从而让你的代码能够妥善处理不完整的类型。
转换调度（explicit_conversion_dispatch、implicit_conversion_dispatch）现在更易于使用，并且能提供更清晰的错误信息。
新的proxiable_target和inplace_proxiable_target概念明确了哪些目标类型可与特定外观配合使用，助你避免意外情况并编写出更安全的代码。

轻松实现递归外观模式

Proxy 4 引入了 facade_aware_overload_t，它允许你定义递归约定，这些约定可引用外观本身，且无需强制提前实例化。这对于返回相同外观的新 proxy对象的运算符链式模式（如算术运算或字符串拼接）特别有用。示例：

#include <format>
#include <iostream>
#include <proxy/proxy.h>

template <class F>
using BinaryOverload =
    pro::proxy<F>(const pro::proxy_indirect_accessor<F>& rhs) const;

template <class T, pro::facade F>
pro::proxy<F> operator+(const T& value,
                        const pro::proxy_indirect_accessor<F>& rhs)
  requires(!std::is_same_v<T, pro::proxy_indirect_accessor<F>>)
{
  return pro::make_proxy<F, T>(value + proxy_cast<const T&>(rhs));
}

struct Addable
    : pro::facade_builder              // Compose capabilities
      ::add_skill<pro::skills::rtti>   // RTTI support
      ::add_skill<pro::skills::format> // Formatting support
      ::add_convention<pro::operator_dispatch<"+">,
                       pro::facade_aware_overload_t<BinaryOverload>> // Recursive operator
      ::build {};

int main() {
  pro::proxy<Addable> p1 = pro::make_proxy<Addable>(1);
  pro::proxy<Addable> p2 = pro::make_proxy<Addable>(2);
  pro::proxy<Addable> p3 = *p1 + *p2; // Uses facade-aware overload
  std::cout << std::format("{}\n", *p3); // Prints "3"
}

请查看facade_aware_overload_t文档了解详细信息。

人人可用的质量提升

按位可平凡重定位：代理现在支持可通过 memcpy 移动的类型，默认情况下可实现更快的移动和赋值。这意味着你能获得更好的性能，还能减少样板代码。更多详情请参阅 is_bitwise_trivially_relocatable 文档。
C++20 模块支持：多亏了 @SidneyCogdill，Proxy 现在附带了 .ixx 文件，可实现极快的构建速度和更好的 IDE 支持。
诊断功能：错误提示现在更加清晰且更具指导性，可帮助你快速理解并修复代码中的问题。
调试体验：Proxy 4 生成的调试符号更优质，这让你能更轻松地在调试器中检查代理，并了解底层的运行机制。
可访问性创作：现在在外观中公开反射和调度功能变得更简单了，所需的样板代码更少，灵活性也更高。
代码生成：代理4优化了间接调度的调用路径，减少了间接调用周围的指令数量。
编译器支持：NVIDIA HPC 已新增至我们支持的工具链中。Proxy 4 可在最新版 GCC、Clang、MSVC 以及 NVIDIA HPC 编译器上通过测试。我们承诺后续将持续让 Proxy 适配这些编译器，包括独立环境。最低版本要求和编译标志请参阅 README 文件。

主版本兼容性

升级小型组件通常很简单，但迁移单体仓库或多模块产品可能颇具挑战性。请遵循以下指南：

次要版本或补丁升级（例如 3.3.0 → 3.4.0）所有 3.x.y 版本均保留 API/ABI 兼容性，因此程序的不同部分可安全依赖不同的 3.x.y 版本。无需执行特殊操作。
大版本升级（例如 3.4.0 → 4.0.0）
- 如果你的当前版本早于 3.4.0，请先迁移至 3.4.0 版本。
- 从 3.4.0 版本开始，每个主版本都会放入带版本号的内联命名空间（pro::v3、pro::v4 等）。当一个翻译单元涉及多个主版本时，需显式限定命名空间：
```
pro::v3::foo(); // Proxy 3 API
pro::v4::foo(); // Proxy 4 API
```
  最新版本将其命名空间重新导出为内联（默认）命名空间，因此迁移完成后，非限定调用（pro::foo()）会解析到最新版本。
- 这些宏还带有专业限定的别名，例如 PRO4_DEF_MEM_DISPATCH。当同一翻译单元中包含来自多个专业的头文件时，请使用这些形式。
- 逐步升级子系统，可按模块或按DLL逐个进行。当所有目标仅依赖新的主版本时，移除旧的包含路径，并从构建环境中删除之前的版本。

这些规则让新旧代码能够在过渡期间共存，同时避免违反单定义规则（ODR）。

其他显著变更

宏 PRO_DEF_WEAK_DISPATCH 已被移除，取而代之的是更灵活的 weak_dispatch 类。
为了简化起见，类 proxiable_ptr_constraints 已合并到 ProFacade 要求中。
函数模板 access_proxy 现在被 proxy_invoke 和 proxy_reflect 遮蔽。
已为清晰性和一致性修订了ProFacade和ProDispatch的需求。

摘要

Proxy 4 建立在 Proxy 3 中推出并经过验证的成熟基础之上，它在不重塑模型的前提下进行了针对性的优化。

核心功能（在 Proxy 3 中确立，且在日常使用中仍处于核心地位）：

基于表达式的多态性：只需定义一次外观模式，即可让几乎所有表达式（成员调用、自由调用、运算符、显式/隐式转换）都具备多态性。
灵活创建：make_proxy（尽可能内联）、allocate_proxy（自定义分配器）、原始指针绑定、唯一所有权，以及通过 add_convention / add_reflection / add_facade 实现抽象的组合。
单一proxy类型具备全生命周期通用性：同一外观可透明地支持非拥有、唯一、内联或外部管理的对象。
支持重载解析与反射，可实现简洁通用的调用点。

针对 Proxy 4 的优化：

在现有核心基础上构建的用于借用/弱观察的符合人体工程学的别名（proxy_view、weak_proxy）。
基于技能的组合（格式化、RTTI、视图/弱转换、精简布局、{fmt} 集成），以替代重复的约定样板代码。
新的共享/弱创建辅助函数（make_proxy_shared、allocate_proxy_shared）是对使用频率更高的 make_proxy/allocate_proxy 路径的补充（而非替代）。
概念（proxiable_target、inplace_proxiable_target）明确了类型可与 make_proxy 还是 make_proxy_inplace 配合使用的时机，从而提供更早、更精准的诊断信息，而非模板相关的杂乱提示。
facade_aware_overload_t 支持递归的外观/运算符定义（例如返回相同外观的算术运算），且无需强制提前实例化。
weak_dispatch 用于在某些包含的类型缺少约定时实现优雅降级。
改进的诊断功能、重定位优化（is_bitwise_trivially_relocatable）、模块支持以及更精简的代码生成。