避免虚函数

Question

所以假设我想创建一系列的类，每个类都有一个成员函数，具有相同的东西。让我们调用该函数

void doYourJob();

我希望最终将所有这些类都放到同一个容器中，这样我就可以遍历它们并让每个类执行“doYourJob()”。

显而易见的解决方案是使用函数创建一个抽象类

 virtual void doYourJob();

但我对此犹豫不决。这是一个耗时的程序，一个虚拟函数会使它变得非常糟糕。此外，此函数是类之间唯一的共同点，并且每个类的doYourJob实现方式完全不同。

有没有一种方法可以避免使用具有虚函数的抽象类，或者我必须接受它？

Answer 1

虚函数的成本并不高。它们是间接调用，基本上类似于函数指针。What is the performance cost of having a virtual method in a C++ class?

如果您处于每次调用周期都很重要的情况下，也就是说，您在函数调用中所做的工作很少，并且在性能关键型应用程序中从内部循环调用它，那么您可能需要一种完全不同的方法。

Answer 2

如果您需要这样的速度，可以考虑在对象中嵌入一个“类型(-identifying)号”，并使用语句选择特定于类型的代码。这可以完全避免函数调用开销--只需做一个局部跳转。你不会比这更快的。成本(在可维护性、重新编译依赖等方面)是强制特定类型功能的本地化(在切换中)。

IMPLEMENTATION

#include <iostream>
#include <vector>

// virtual dispatch model...

struct Base
{
    virtual int f() const { return 1; }
};

struct Derived : Base
{
    virtual int f() const { return 2; }
};

// alternative: member variable encodes runtime type...

struct Type
{
    Type(int type) : type_(type) { }
    int type_;
};

struct A : Type
{
    A() : Type(1) { }
    int f() const { return 1; }
};

struct B : Type
{
    B() : Type(2) { }
    int f() const { return 2; }
};

struct Timer
{
    Timer() { clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &from); }
    struct timespec from;
    double elapsed() const
    {
        struct timespec to;
        clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &to);
        return to.tv_sec - from.tv_sec + 1E-9 * (to.tv_nsec - from.tv_nsec);
    }
};

int main(int argc)
{
  for (int j = 0; j < 3; ++j)
  {
    typedef std::vector<Base*> V;
    V v;

    for (int i = 0; i < 1000; ++i)
        v.push_back(i % 2 ? new Base : (Base*)new Derived);

    int total = 0;

    Timer tv;

    for (int i = 0; i < 100000; ++i)
        for (V::const_iterator i = v.begin(); i != v.end(); ++i)
            total += (*i)->f();

    double tve = tv.elapsed();

    std::cout << "virtual dispatch: " << total << ' ' << tve << '\n';

    // ----------------------------

    typedef std::vector<Type*> W;
    W w;

    for (int i = 0; i < 1000; ++i)
        w.push_back(i % 2 ? (Type*)new A : (Type*)new B);

    total = 0;

    Timer tw;

    for (int i = 0; i < 100000; ++i)
        for (W::const_iterator i = w.begin(); i != w.end(); ++i)
        {
            if ((*i)->type_ == 1)
                total += ((A*)(*i))->f();
            else
                total += ((B*)(*i))->f();
        }

    double twe = tw.elapsed();

    std::cout << "switched: " << total << ' ' << twe << '\n';

    // ----------------------------

    total = 0;

    Timer tw2;

    for (int i = 0; i < 100000; ++i)
        for (W::const_iterator i = w.begin(); i != w.end(); ++i)
            total += (*i)->type_;

    double tw2e = tw2.elapsed();

    std::cout << "overheads: " << total << ' ' << tw2e << '\n';
  }
}

性能结果

在我的Linux系统上：

~/dev  g++ -O2 -o vdt vdt.cc -lrt
~/dev  ./vdt                     
virtual dispatch: 150000000 1.28025
switched: 150000000 0.344314
overhead: 150000000 0.229018
virtual dispatch: 150000000 1.285
switched: 150000000 0.345367
overhead: 150000000 0.231051
virtual dispatch: 150000000 1.28969
switched: 150000000 0.345876
overhead: 150000000 0.230726

这表明内联类型-数字切换方法的速度大约是(1.28 - 0.23) / (0.344 - 0.23) = 9.2倍。当然，这是特定于确切的系统测试/编译器标志和版本等，但通常是指示性的。

评论RE虚拟派单

但必须指出的是，虚函数调用的开销很少有意义，而且只适用于经常调用的琐碎函数(如getter和setter)。即使这样，您也可以提供单个函数来一次性获取和设置大量内容，从而将成本降至最低。人们对虚拟分派方式的担忧太多了--所以在找到尴尬的替代方案之前，也要做分析。它们的主要问题是它们执行离线函数调用，尽管它们也会使执行的代码去本地化，这会改变缓存利用模式(更好或(更经常)更糟)。

Answer 3

我担心循环中的一系列dynamic_cast检查会使性能变得比虚函数更差。如果你打算把它们都放在一个容器里，它们需要有一些共同的类型，所以你也可以使它成为一个纯虚拟的基类，里面有那个方法。

在那个上下文中，虚函数分派没有那么多功能: vtable查找、对所提供的this指针的调整以及间接调用。

如果性能如此重要，您可以为每个子类型使用单独的容器，并单独处理每个容器。如果顺序很重要，你会做很多后空翻，这样虚拟分派可能会更快。