c++ - 以非多态方式调用虚函数的成本是多少？

Question

我有一个纯抽象基类和两个派生类:

struct B { virtual void foo() = 0; };
struct D1 : B { void foo() override { cout << "D1::foo()" << endl; } };
struct D2 : B { void foo() override { cout << "D1::foo()" << endl; } };

在 A 点调用 foo 与调用非虚拟成员函数的成本相同吗？或者它是否比 D1 和 D2 不是从 B 派生的更昂贵？

int main() {
 D1 d1; D2 d2; 
 std::vector<B*> v = { &d1, &d2 };

 d1.foo(); d2.foo(); // Point A (polymorphism not necessary)
 for(auto&& i : v) i->foo(); // Polymorphism necessary.

 return 0;
}

答案: Andy Prowl 的答案是正确的答案，我只是想添加 gcc 的汇编输出(在 godbolt 中测试:gcc- 4.7 -O2 -march=native -std=c++11)。直接函数调用的成本是:

mov rdi, rsp
call    D1::foo()
mov rdi, rbp
call    D2::foo()

对于多态调用:

mov rdi, QWORD PTR [rbx]
mov rax, QWORD PTR [rdi]
call    [QWORD PTR [rax]]
mov rdi, QWORD PTR [rbx+8]
mov rax, QWORD PTR [rdi]
call    [QWORD PTR [rax]]

但是，如果对象不是从 B 派生的，而您只是执行直接调用，gcc 将内联函数调用:

mov esi, OFFSET FLAT:.LC0
mov edi, OFFSET FLAT:std::cout
call    std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >& std::operator<< <std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&, char const*)

如果 D1 和 D2 不是从 B 派生的，这可以实现进一步的优化所以我猜不，它们不等价(至少对于具有这些优化的 gcc 版本，-O3 产生了类似的输出而没有内联)。在 D1 和 D2 确实派生自 B 的情况下，是否存在阻止编译器内联的内容？

“修复”:使用委托(delegate)(也就是自己重新实现虚函数):

struct DG { // Delegate
 std::function<void(void)> foo;
 template<class C> DG(C&& c) { foo = [&](void){c.foo();}; }
};

然后创建一个委托(delegate) vector :

std::vector<DG> v = { d1, d2 };

如果您以非多态方式访问方法，则允许内联。但是，我猜访问 vector 会比仅使用虚函数(还不能用 godbolt 测试)慢(或者至少一样快，因为 std::function 使用虚函数进行类型删除)。

Answer 1

Does calling foo in Point A cost the same as a call to a non-virtual member function?

是的。

Or is it more expensive than if D1 and D2 wouldn't have derived from B?

没有。

编译器将静态解析这些函数调用，因为它们不是通过指针或引用执行的。由于调用该函数的对象的类型在编译时是已知的，因此编译器知道必须调用 foo() 的哪个实现。