LTO、去虚拟化和虚拟表

Question

比较C++中的虚拟函数和C中的虚拟表，编译器(以及足够大的项目)在去虚拟化方面做得很好吗？

天真地说，似乎C++中的虚拟函数具有更多的语义，因此可能更容易去虚拟化。

更新: Mooing提到内联去虚拟化功能。快速检查显示没有使用虚拟表进行优化：

struct vtab {
    int (*f)();
};

struct obj {
    struct vtab *vtab;
    int data;
};

int f()
{
    return 5;
}

int main()
{
    struct vtab vtab = {f};
    struct obj obj = {&vtab, 10};

    printf("%d\n", obj.vtab->f());
}

我的GCC将不会内联f，虽然它被直接称为，即去虚拟化。C++中的等价物

class A
{
public:
    virtual int f() = 0;
};

class B
{
public:
    int f() {return 5;}
};

int main()
{
    B b;
    printf("%d\n", b.f());
}

即使是内联f，C和C++之间也有第一个不同之处，尽管我认为在C++版本中添加的语义在这种情况下并不相关。

更新2:为了在C中去虚拟化，编译器必须证明虚拟表中的函数指针有一定的值。为了在C++中进行去虚拟化，编译器必须证明对象是特定类的实例。在第一种情况下，证据似乎更难证明。但是，虚拟表通常只在很少的地方被修改，最重要的是:仅仅因为它看起来更难，并不意味着编译器在这方面没有那么好(否则，您可能会认为xoring通常比添加两个整数更快)。

Answer 1

不同之处在于，在C++中，编译器可以保证虚拟表地址不会改变。在C中，它只是另一个指针，你可以用它造成任何形式的破坏。

然而，

通常只在很少的地方修改虚拟表。

编译器不知道在C中，在C++中，它可以假设它永远不会改变。

Answer 2

我试图在http://hubicka.blogspot.ca/2014/01/devirtualization-in-c-part-2-low-level.html中总结一下为什么一般的优化很难去虚拟化。您的测试用GCC 4.8.1为我准备，但在稍微不那么简单的测试案例中，如果您将指向“对象”的指针从主目录中传递出来，则不会。

原因是为了证明obj中的虚拟表指针和虚拟表本身并没有改变别名分析模块，必须跟踪您可以指向它的所有可能的位置。在一个非平凡的代码中，在当前编译单元之外传递东西，这通常是一个失败的游戏。

C++为您提供了更多关于对象类型何时更改以及何时已知的信息。GCC利用它，它将在下一个版本中更多地使用它。(我很快也会写信的)。

Answer 3

是的，如果编译器可以推断虚拟化类型的确切类型，那么它可以“去虚拟化”(甚至内联！)那个电话。编译器只能保证无论发生什么，这都是所需的函数，才能做到这一点。

主要关注的是线程处理。在C++示例中，即使在线程环境中，这些保证仍然有效。在C中，这是不能保证的，因为对象可以被另一个线程/进程抓取，并被覆盖(不管是有意的还是故意的)，因此函数永远不会被“去虚拟化”或直接调用。在C中，查找将始终在那里。

struct A {
    virtual void func() {std::cout << "A";};
}
struct B : A {
    virtual void func() {std::cout << "B";}
}
int main() {
    B b;
    b.func(); //this will inline in optimized builds.
}