c++ - 虚方法和虚表查找的最终说明符

Question

我观察到，当某个类的方法在 C++11 中被标记为 final 时，vtable 中没有查找来调用该方法，即使是从指针，至少是GCC 生产的组件。以这段代码为例:

class Base {
public:
    Base() : retval(0) {}
    virtual ~Base(){}
    virtual int method() {
        return retval;
    }
protected:
    uint32_t retval;
};

class DerivedFinal : public Base {
public:
    int method() final {
        return retval + 2;
    }
};

int main() {
    Base *bptr = new Base();
    DerivedFinal *df = static_cast<DerivedFinal *>(bptr);
    return df->method();
}

请注意，代码使用这样的返回值以使汇编代码易于阅读。

main 的程序集如下所示:

<+0>:     push   %rbp
<+1>:     mov    %rsp,%rbp
<+4>:     push   %rbx
<+5>:     sub    $0x18,%rsp
<+9>:     mov    $0x10,%edi
<+14>:    callq  0x400750 <_Znwm@plt>
<+19>:    mov    %rax,%rbx
<+22>:    mov    %rbx,%rdi
<+25>:    callq  0x400900 <_ZN4BaseC2Ev>
<+30>:    mov    %rbx,-0x18(%rbp)
<+34>:    mov    -0x18(%rbp),%rax
<+38>:    mov    %rax,-0x20(%rbp)
<+42>:    mov    -0x20(%rbp),%rax
<+46>:    mov    %rax,%rdi
<+49>:    callq  0x400986 <_ZN12DerivedFinal6methodEv> // This is the method call
<+54>:    add    $0x18,%rsp
<+58>:    pop    %rbx
<+59>:    pop    %rbp
<+60>:    retq

可以看出，调用该方法时没有进行任何 vtable 查找(如果该方法未标记为 final，则不会发生这种情况)。即使有继承自 DerivedFinal 的类，代码的行为方式也相同 我的问题是......这是标准行为吗？

---

编辑:让我们以不是未定义行为的方式重写代码，以明确显示方法是如何跳过 vtable 的，而在不是时查找它:

class Base {
public:
    Base() : retval(0) {}
    virtual ~Base(){}
    virtual int method() {
        return retval;
    }
protected:
    uint32_t retval;
};

class DerivedFinal : public Base {
public:
    int method() final {
        return retval + 2;
    }
};

class DerivedNotFinal : public Base {
public:
    int method() {
        return retval + 3;
    }
};

int main() {
    DerivedFinal *df = new DerivedFinal();
    DerivedNotFinal *dnf = new DerivedNotFinal();
    int res_final = df->method();
    int res_not_final = dnf->method();
    return 0;
}

和程序集转储:

<+0>:     push   %rbp
<+1>:     mov    %rsp,%rbp
<+4>:     push   %rbx
<+5>:     sub    $0x28,%rsp
<+9>:     mov    $0x10,%edi
<+14>:    callq  0x4007b0 <_Znwm@plt>
<+19>:    mov    %rax,%rbx
<+22>:    movq   $0x0,(%rbx)
<+29>:    movl   $0x0,0x8(%rbx)
<+36>:    mov    %rbx,%rdi
<+39>:    callq  0x400a5c <_ZN12DerivedFinalC2Ev> // First ctor...
<+44>:    mov    %rbx,-0x18(%rbp)
<+48>:    mov    $0x10,%edi
<+53>:    callq  0x4007b0 <_Znwm@plt>
<+58>:    mov    %rax,%rbx
<+61>:    movq   $0x0,(%rbx)
<+68>:    movl   $0x0,0x8(%rbx)
<+75>:    mov    %rbx,%rdi
<+78>:    callq  0x400a82 <_ZN15DerivedNotFinalC2Ev> // Second ctor...
<+83>:    mov    %rbx,-0x20(%rbp)
<+87>:    mov    -0x18(%rbp),%rax
<+91>:    mov    %rax,%rdi
<+94>:    callq  0x400a34 <_ZN12DerivedFinal6methodEv> // Call to DerivedFinal::method directly
<+99>:    mov    %eax,-0x24(%rbp) // Save result in stack
<+102>:   mov    -0x20(%rbp),%rax
<+106>:   mov    (%rax),%rax
<+109>:   add    $0x10,%rax
<+113>:   mov    (%rax),%rax
<+116>:   mov    -0x20(%rbp),%rdx
<+120>:   mov    %rdx,%rdi
<+123>:   callq  *%rax // Call to DerivedNotFinal::method via vtable (indirect call)
<+125>:   mov    %eax,-0x28(%rbp) // Save result in stack
<+128>:   mov    $0x0,%eax
<+133>:   add    $0x28,%rsp
<+137>:   pop    %rbx
<+138>:   pop    %rbp
<+139>:   retq

通过这个例子，行为也很清楚。对 DerivedFinal::method 的调用不需要任何 vtable 查找，而对 DerivedNotFinal::method 的调用需要间接访问。在我看来，这种行为(带有 final 关键字)在某些性能关键的应用程序中是需要的，这就是为什么我问这种行为是否是标准的。

Answer 1

您的代码通过 static_cast 将指向不是 DerivedFinal 的对象的指针转换为 DerivedFinal * 来调用未定义的行为。

编译器有权做任何事情，包括让你的猫怀孕或召唤鼻恶魔。

在一个更明智的例子中，标记为 final 的方法不能在进一步的派生类中被覆盖，因此编译器可能 - 一个好的优化编译器应该 - 将调用去虚拟化。