C++ 虚拟函数实现

我一直听到这种说法。Case对于代码维护是有害的，但它提供了更好的性能（因为编译器可以内联文件等）。虚拟函数非常适合代码维护，但它们会导致两个指针间接寻址的性能损失

假设我有一个基类，它有两个子类（X和Y）和一个虚函数，所以会有两个虚表。对象有一个指针，它将根据该指针选择一个虚拟表。所以对于编译器来说，它更像

switch( object's function ptr )
{

   case 0x....:

       X->call();

       break;

   case 0x....:

       Y->call();
};

那么，如果虚拟函数能够以这种方式实现，那么为什么虚拟函数的成本会更高呢？因为编译器在衬里和其他方面也可以做到这一点。或者解释一下，为什么决定不以这种方式实现虚拟函数执行

谢谢，

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Gokul.

虚拟调度中没有分支。类中的vptr指向一个vtable，特定函数的第二个指针位于一个常量偏移量处。

编译器不能这样做，因为有单独的编译模型

在编译虚拟函数调用时，编译器无法确定有多少不同的子类

考虑以下代码：

// base.h
class base
{
public:
    virtual void doit();
};

这是：

// usebase.cpp
#include "base.h"

void foo(base &b)
{
    b.doit();
}

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当编译器在

foo

中生成虚拟调用时，它不知道在运行时会存在哪些base子类。

您关于调用虚拟函数时的分支的陈述是错误的。在生成的代码中没有这样的东西。看一看汇编代码会给你一个更好的主意

在果壳中，C++虚函数的一种通用的简化实现是：每个类都有一个虚拟表（VBTL），并且每个类的实例都有一个虚拟表指针（VPTR）。虚拟表基本上是一个函数指针列表

当您调用虚拟函数时，可以这样说：

class Base {};
class Derived {};
Base* pB = new Derived();
pB->someVirtualFunction();

“someVirtualFunction（）”将在vtbl中具有相应的索引。电话呢

pB->someVirtualFunction(); 

将转换为以下内容：

pB->vptr[k](); //k is the index of the 'someVirtualFunction'.

通过这种方式，函数实际上是间接调用的，并且它具有多态性

我建议你读斯坦利·利普曼的

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此外，虚拟函数调用比开关情况慢的语句也不会累加。视情况而定。正如您在上面所看到的，与常规函数调用相比，虚拟函数调用的解引用时间只多了1次。使用开关大小写分支，您会有额外的比较逻辑（这会导致CPU缺少缓存），这也会消耗CPU周期。我想说，在大多数情况下（如果不是全部的话），虚拟函数调用应该比开关调用快。

事实上，如果有许多虚拟函数，类似开关的分支将比双指针间接寻址慢。当前实现的性能并不取决于您拥有多少虚拟函数。

明确地说

switch/case

比虚拟调用的性能或多或少是一种过度概括。事实是，这将取决于许多事情，并将根据以下因素而有所不同：

• 您使用的编译器是什么
• 启用了哪些优化
• 程序的总体特征以及它们如何影响这些优化

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如果您在编写代码时优化了头脑中的代码，那么很有可能您做出了错误的选择。首先以可读和/或用户友好的方式编写代码，然后通过分析工具运行整个可执行文件。如果此代码区域显示为一个热点，请尝试两种方法，看看哪种方法更适合您的特定情况。

您的问题在于对交换机和虚拟函数工作方式的误解。与其用一篇关于代码生成的长篇论文来填满这个盒子，我将给出几个要点：

• Switch语句不一定比虚拟函数调用或内联调用快。您可以进一步了解将switch语句转换为汇编语句和汇编语句的方式
• 虚拟函数调用的慢不是指针查找，而是间接分支。例如，对于大多数现代处理器来说，执行“直接分支”（目标地址在指令中编码）比执行“”更快，后者在运行时计算地址。虚拟函数调用和大型开关语句通常作为间接分支实现
• 在上面的示例中，交换机是完全冗余的。一旦计算了对象的成员函数指针，CPU就可以直接分支到它。即使链接器知道可执行文件中存在的每个可能的成员对象，也不必添加该表查找

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以下是一些具体测试的结果。这些特定结果来自VC++9.0/x64：

Test Description: Time to test a global using a 10-way if/else if statement
CPU Time:        7.70  nanoseconds           plus or minus      0.385

Test Description: Time to test a global using a 10-way switch statement
CPU Time:        2.00  nanoseconds           plus or minus     0.0999

Test Description: Time to test a global using a 10-way sparse switch statement
CPU Time:        3.41  nanoseconds           plus or minus      0.171

Test Description: Time to test a global using a 10-way virtual function class
CPU Time:        2.20  nanoseconds           plus or minus      0.110

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对于稀疏情况，switch语句的速度要慢得多。在密集情况下，switch语句可能会更快，但switch和虚拟函数分派有点重叠，因此虽然switch可能更快，但余量太小了，我们甚至无法确定它是否更快，更不用说它的速度是否足够快了。如果Switter语句中的情况是稀疏的，则没有真正的问题，即虚函数调用会更快。

< P>只有通过重新修补链接器才能实现这些优化，这是C++运行时的一部分。p> <> P> C++运行时更复杂，甚至新的DLL加载（带有COM）将向VTABLE添加新的函数指针。（想想纯粹的虚拟FN？）

那么编译器或链接器都无法进行此优化。switch/case显然比间接调用快，因为CPU中的预取是确定的，并且可以进行流水线。但是，由于对象的VTABLE的这个运行时扩展，C++将无法工作。p> 从技术上讲，这是一个分支；汇编编写器将跳转到存储在寄存器中的地址称为“indirec”