Какова стоимость вызова виртуальной функции не полиморфным способом?

У меня есть чистая абстрактная база и два производных класса:

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; } };

Вызывает ли вызов foo в точке А то же самое, что и вызов не виртуальной функции-члена? Или это дороже, чем если бы D1 и D2 не были получены из B?

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;
}

Ответ: ответ Andy Prowl - это правильный ответ, я просто хотел добавить сборку gcc (протестирован в godbolt: gcc-4.7 -O2 -march = native -std = С++ 11). Стоимость прямых вызовов функций:

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

И для полиморфных вызовов:

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]]

Однако, если объекты не происходят из B, и вы просто выполняете прямой вызов, gcc будет inline, вызов функции:

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*)

Это может обеспечить дальнейшую оптимизацию, если D1 и D2 не выводятся из B, поэтому я предполагаю, что нет, они не эквивалентны (по крайней мере, для этой версии gcc с эти оптимизации, -O3 производили аналогичную продукцию без инкрустации). Есть ли что-то, препятствующее составлению компилятора в случае, когда D1 и D2 выводятся из B?

"Исправить": использовать делегатов (ака переопределить виртуальные функции самостоятельно):

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

а затем создайте вектор делегатов:

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

это позволяет встраивать, если вы обращаетесь к методам не полиморфным способом. Тем не менее, я предполагаю, что доступ к вектору будет медленнее (или, по крайней мере, так же быстро, потому что std::function использует виртуальные функции для стирания типа), чем просто использовать виртуальные функции (пока не удается проверить с помощью godbolt).

Ответ 1

Вызывает ли вызов foo в точке A то же самое, что и вызов не виртуальной функции-члена?

Да.

Или это дороже, чем если бы D1 и D2 не были получены из B?

Нет.

Компилятор будет решать эти вызовы функций статически, потому что они не выполняются с помощью указателя или ссылки. Поскольку тип объектов, на которые вызывается функция, известен во время компиляции, компилятор знает, какая реализация foo() должна быть вызвана.

Ответ 2

Самое простое решение - это внешний вид компиляторов. В Clang мы находим canDevirtualizeMemberFunctionCall в lib/CodeGen/CGClass.cpp:

/// canDevirtualizeMemberFunctionCall - Checks whether the given virtual member
/// function call on the given expr can be devirtualized.
static bool canDevirtualizeMemberFunctionCall(const Expr *Base, 
                                              const CXXMethodDecl *MD) {
  // If the most derived class is marked final, we know that no subclass can
  // override this member function and so we can devirtualize it. For example:
  //
  // struct A { virtual void f(); }
  // struct B final : A { };
  //
  // void f(B *b) {
  //   b->f();
  // }
  //
  const CXXRecordDecl *MostDerivedClassDecl = getMostDerivedClassDecl(Base);
  if (MostDerivedClassDecl->hasAttr<FinalAttr>())
    return true;

  // If the member function is marked 'final', we know that it can't be
  // overridden and can therefore devirtualize it.
  if (MD->hasAttr<FinalAttr>())
    return true;

  // Similarly, if the class itself is marked 'final' it can't be overridden
  // and we can therefore devirtualize the member function call.
  if (MD->getParent()->hasAttr<FinalAttr>())
    return true;

  Base = skipNoOpCastsAndParens(Base);
  if (const DeclRefExpr *DRE = dyn_cast<DeclRefExpr>(Base)) {
    if (const VarDecl *VD = dyn_cast<VarDecl>(DRE->getDecl())) {
      // This is a record decl. We know the type and can devirtualize it.
      return VD->getType()->isRecordType();
    }

    return false;
  }

  // We can always devirtualize calls on temporary object expressions.
  if (isa<CXXConstructExpr>(Base))
    return true;

  // And calls on bound temporaries.
  if (isa<CXXBindTemporaryExpr>(Base))
    return true;

  // Check if this is a call expr that returns a record type.
  if (const CallExpr *CE = dyn_cast<CallExpr>(Base))
    return CE->getCallReturnType()->isRecordType();

  // We can't devirtualize the call.
  return false;
}

Я считаю, что код (и сопровождающие комментарии) не требует пояснений:)