循环调用同一个虚函数的开销

Posted 2023-03-06

【中文标题】循环调用同一个虚函数的开销

【英文标题】：Overhead of calling the same virtual function in a loop

【发布时间】：2019-12-25 08:56:06

【问题描述】：

我有一些结构如下的代码：

（doStuff2() 将通过Class1 指针调用。这将在循环中调用doStuff()。有多个类如Class3 所以Class2 将有多个模板实例。）

struct Class1

    virtual void doStuff2() = 0;

;

template<typename T> struct Class2 : public Class1

    virtual void doStuff()  /*code*/;

    void doStuff2() override 

        // Call this in a huge loop.
            doStuff();

    

;

struct Class3 : public Class2<SomeType>

    void doStuff() override final  /*code*/;

;

//...

void someFunc(Class1 *p_class1)

    p_class1->doStuff2();

我的问题：有没有办法以非虚拟方式调用doStuff()，所以没有开销？在Class2 中将其设为纯虚拟并在Class3 中设为最终版本会有帮助吗？

在这样的循环中调用同一个虚函数会不会有虚函数的所有性能问题？

【问题讨论】：

如果你真的需要runtime dispatch，你必须使用virtual，所以你需要付费。如果没有，请编写反映这一点的代码。我们经常看到要求降低虚拟通话速度的问题。您知道单个 vpointer 调用的真正开销是多少吗？您认为现实世界应用程序的其余部分需要什么？唯一真正有帮助的：测量你的最终代码！并且相信：编译器比你想象的要好得多！

我真的不确定为什么 /* code */ 而不是 minimal reproducible example 以及为什么没有意义的函数名称。 doStuff() 的实现是否应该让你在其中进行循环？还是您在谈论其他循环？为什么不在那里放一个循环？对于固定类型X，每个Class2<X> 有多少Class3s 样式类型？是否有多个Class2 模板？ （Class2 是模板类，不是类；Class3 同时似乎代表类的类别，尽管命名模式相同，Class1 a 是唯一类型？）

哦，简短的版本是“您尝试过 CRTP 吗？”这些问题旨在解码 CRTP 是否可以工作，从您的描述中不清楚。

我认为你想优化一个不存在的瓶颈。在真实程序的上下文中，虚拟调度的成本低得可笑。即使您找到了一种以更快的速度删除虚拟调度的方法，性能提升也会非常有限，以至于不会节省您花在担心它上的时间。

@churill 有dispatch代码本身，然后就是缺少内联。

【参考方案1】：

cmets 对为什么这可能是过早的优化有一些很好的建议，但要直接回答您的问题：

有没有办法以非虚拟方式调用 doStuff() 所以没有开销？

如果你有一组固定的类型，那么你可以通过标记联合的方式运行时调度非虚拟方法，ala std::variant：

using Class1 = std::variant<Class2<SomeType1>, Class2<SomeType2>>;
/*...*/
std::visit([](auto&& c)  c.doStuff(); , p_class1);

粗略地优化为一些不错的 C 风格切换：

switch (p_class1.class_type) 
    case CLASS2_SOMETYPE1:
         ((Class2<SomeType1>)p_class1).doStuff();
         break;
    /*...*/

在这样的循环中调用同一个虚函数会不会有虚函数的所有性能问题？

现代处理器非常擅长间接分支预测，因此您可能不会看到在循环中调用虚拟方法的开销很大。