现代C++学习—— final 优化虚函数调用

我们都知道，在C++中，虚函数的调用是比较耗时的一种操作。

首先需要查询虚表，然后跳转，调用。

实际上，影响虚函数速度的关键是不能进行内联优化

这里我们会写一些UB的代码，来查看，是否调用了虚函数。

这里你可能需要严格鸽：C++虚函数表的位置——从内存的角度

我们看一下以下代码输出什么

#include <iostream>
struct A {
public:
  virtual void foo() { std::cout << "A \n"; }
  int x, y;
};
struct B : A{
   void foo() override {std::cout<<"B \n";};
};
struct C : A{
public:
  virtual void foo() { std::cout << "C \n"; }
};
int main() {
  using u64 = unsigned long long;
  A *a = new A{};
  {
    a->foo(); 
  }
  C * c = new C{};
  {
    *(u64 *)a = *(u64 *)c;
    a->foo();
  } 
  {
    A aa  = * a;
    aa.foo();
  }
  {
    A &aa = *a;
    aa.foo();
  }
  return 0;
}

可以思考一下

实际上，输出结果为

A

C

A

C

Compiler Explorer - C++

我们来解释一下

第一次输出A，这个很简单，就是函数调用。

接下来这个句话

*(u64 *)a =*(u64 *)c;

他是把，a的虚表，换成了c的。

接下来再调用foo，就是c的foo了。

所以第二次输出是C

第三次，第四次输出，需要知道，只有指针和引用才有多态，才会去查虚表。

也就是

A aa =* a; aa.foo();

是不需要查虚表，所以输出A，而引用要，但我们改了虚表，所以是C

再看另外一份代码

#include <iostream>
struct A {
public:
  virtual void foo() { std::cout << "A \n"; }
  int x, y;
};
struct B : A{
   void foo() override {std::cout<<"B \n";};
};
struct C : A{
public:
  virtual void foo() { std::cout << "C \n"; }
};
int main() {
  using u64 = unsigned long long;
  A *a = new B{};
  C * c = new C{};
  *(u64 *)a = *(u64 *)c;
  a->foo();
  static_cast<B*>(a)->foo();
  B * b = static_cast<B*>(a);
  b->foo();
  return 0;
}

输出

C

C

C

Compiler Explorer - C++

感觉和上面很像？

但是如果我们稍微改一下，给B加个final

#include <iostream>
struct A {
public:
  virtual void foo() { std::cout << "A \n"; }
  int x, y;
};
struct B final : A{
   void foo() override {std::cout<<"B \n";};
};
struct C : A{
public:
  virtual void foo() { std::cout << "C \n"; }
};
int main() {
  using u64 = unsigned long long;
  A *a = new B{};
  C * c = new C{};
  *(u64 *)a = *(u64 *)c;
  a->foo();
  static_cast<B*>(a)->foo();
  B * b = static_cast<B*>(a);
  b->foo();
  return 0;
}

输出就变成了

C

B

B

Compiler Explorer - C++

为什么呢？

这实际上是一个优化，考虑到虚函数的使用场景

一个类，有子类了，我用父类的指针指向了子类，在编译期不知道调用的是哪个函数。

但是如果用final修饰了呢？

我都没有子类了，所以B * 调用的函数是可以在编译期确定的，也就不需要查虚函数表了。

这种优化，叫做去虚拟化

https://quuxplusone.github.io/blog/2021/02/15/devirtualization/