测试虚拟函数的开销

Question

我设置了一个（可能非常不科学）小测试来确定一级单继承中虚拟函数的开销，并且当多态访问派生类或直接访问派生类时，我得到的结果完全相同。令人有点惊讶的是，当任何函数被声明为虚拟时，所引入的计算时间的数量级（参见下面的结果）。

声明成员函数时是否有这么多开销，为什么即使直接访问派生类，它仍然存在？

代码如下：

class base
{
public:
    virtual ~base() {}
    virtual uint func(uint i) = 0;
};

class derived : public base
{
public:
    ~derived() {}
    uint func(uint i) { return i * 2; }
};

uint j = 0;
ulong k = 0;
double l = 0;
ushort numIters = 10;
base* mybase = new derived;  // or derived* myderived = ...

for(ushort i = 0; i < numIters; i++)
{
  clock_t start2, finish2;
  start2 = clock();

  for (uint j = 0; j < 100000000; ++j)
        k += mybase->func(j);

  finish2 = clock();
  l += (double) (finish2 - start2);
  std::cout << "Total duration: " << (double) (finish2 - start2) << " ms." << std::endl;

}

std::cout << "Making sure the loop is not optimized to nothing: " << k << std::endl;
std::cout << "Average duration: " << l / numIters << " ms." << std::endl;

结果：

base* mybase = new returned; 平均约为 338 毫秒。

衍生* my衍生 = 新衍生; 平均约为 338 毫秒。

消除继承和删除虚拟函数平均需要约 38 毫秒。

这几乎减少了 10 倍！所以基本上，如果任何函数被声明为虚拟，即使我不以多态方式使用它，开销也将始终相同？

谢谢。

Answer 1

“直接”访问它与“间接”访问它执行相同的工作。

当您调用 my衍生 上的函数时，存储在那里的指针可能指向从 衍生 派生的某个类的某个对象。编译器不能假设它确实是一个派生对象，它可能是重写虚拟函数的进一步派生类的对象，因此需要像 <代码>mybase案例。在这两种情况下，函数在调用之前都会在虚函数表中查找。

要以非多态方式调用函数，不要使用指针：

derived myderived;
myderived.func(1); 

当您删除虚拟函数时，编译器可以内联函数调用，这样您基本上就会得到一个简单的循环：

for (uint j = 0; j < 100000000; ++j)
    k += i * 2;

这要快得多，因为您节省了100000000 次函数调用，编译器甚至可能能够进一步优化循环，而如果其中有函数调用则不会。

另请注意，如果函数做了一些实际工作，内联版本和虚拟函数调用之间的差异就会小得多。在这个例子中，函数体几乎不花费任何时间，因此调用函数的成本超过了执行函数体的成本。

Answer 2

虚拟功能基本上不需要任何成本。大多数真正的性能问题都是由不必要的繁琐的调用树造成的，这些调用树做了一些你永远不会想到会出现问题的事情。

我找到它们的方法是在调试器下多次暂停应用程序，并检查状态，包括调用堆栈。 下面是使用该方法获得 43 倍加速的示例 。