在C ++中使用接口的性能损失？

https://stackoverflow.com/questions/113830

02-07-2019
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题

在C ++中使用接口（抽象基类）时是否存在运行时性能损失？

解决方案

简答：不。

长答案：它不是基类或类在其层次结构中具有影响其速度的祖先数。唯一的问题是方法调用的成本。

非虚方法调用具有成本（但可以内联）
虚拟方法调用的成本略高，因为您需要在调用之前查找要调用的方法（但这是一个简单的表查找不搜索）。由于接口上的所有方法都是虚拟的，因此存在这种成本。

除非您正在编写一些超高速敏感应用程序，否则这应该不是问题。通过界面获得的额外清晰度通常可以弥补任何感知速度的降低。

其他提示

使用虚拟调度调用的函数未内联

虚拟函数存在一种容易忘记的惩罚：虚拟调用不会在（常见）情况下内联，其中对象的类型不知道编译时间。如果你的函数很小并且适合内联，那么这个代价可能非常大，因为你不仅增加了调用开销，而且编译器也限制了它如何优化调用函数（它必须假设虚函数可能已经更改了一些寄存器或内存位置，它不能在调用者和被调用者之间传播常量值。

虚拟通话费用取决于平台

对于与正常函数调用相比的调用开销惩罚，答案取决于您的目标平台。如果您的目标是使用x86 / x64 CPU的PC，则调用虚拟功能的代价非常小，因为现代x86 / x64 CPU可以对间接调用执行分支预测。但是，如果您的目标是PowerPC或其他一些RISC平台，虚拟调用惩罚可能非常大，因为在某些平台上从不预测间接调用（参见 PC / Xbox 360跨平台开发最佳实践）。

与常规呼叫相比，每个虚拟功能呼叫都有一个小的惩罚。除非您每秒进行数十万次通话，否则您不太可能发现差异，而且价格通常也值得支付以增加代码清晰度。

当你调用一个虚函数（比如通过一个接口）时，程序必须在表中查找函数，看看为该对象调用哪个函数。与直接调用函数相比，这会带来一点点损失。

此外，当您使用虚函数时，编译器无法内联函数调用。因此，对于某些小功能使用虚函数可能会受到惩罚。这通常是最大的表现“击中”。你可能会看到。如果函数很小并且多次调用（例如在循环内），这实际上只是一个问题。

在某些情况下适用的另一种替代方法是编译时多态与模板。例如，当您需要时，它很有用在程序开始时做出实现选择，并且然后在执行期间使用它。一个例子运行时多态性

class AbstractAlgo
{
    virtual int func();
};

class Algo1 : public AbstractAlgo
{
    virtual int func();
};

class Algo2 : public AbstractAlgo
{
    virtual int func();
};

void compute(AbstractAlgo* algo)
{
      // Use algo many times, paying virtual function cost each time

}   

int main()
{
    int which;
     AbstractAlgo* algo;

    // read which from config file
    if (which == 1)
       algo = new Algo1();
    else
       algo = new Algo2();
    compute(algo);
}

使用编译时多态性

class Algo1
{
    int func();
};

class Algo2
{
    int func();
};


template<class ALGO>  void compute()
{
    ALGO algo;
      // Use algo many times.  No virtual function cost, and func() may be inlined.
}   

int main()
{
    int which;
    // read which from config file
    if (which == 1)
       compute<Algo1>();
    else
       compute<Algo2>();
}

我不认为成本比较是在虚函数调用和直接函数调用之间。如果您正在考虑使用抽象基类（接口），那么您可能希望根据对象的动态类型执行多个操作之一。你必须以某种方式作出这种选择。一种选择是使用虚函数。另一种是通过RTTI（可能很昂贵）或者将类型（）方法添加到基类（可能增加每个对象的内存使用）来切换对象的类型。因此，虚拟函数调用的成本应该与替代成本进行比较，而不是无所事事的成本。

大多数人都会注意到运行时的惩罚，这是正确的。

然而，根据我从事大型项目的经验，清晰的接口和适当的封装带来的好处很快抵消了速度的提高。可以交换模块化代码以实现改进的实现，因此净结果是一个很大的增益。

您的里程可能会有所不同，这显然取决于您正在开发的应用程序。

应该注意的一点是虚拟函数调用成本可能因平台而异。在控制台上，它们可能更明显，因为通常vtable调用意味着缓存未命中并且可能会导致分支预测。

请注意，多重继承会使用多个vtable指针使对象实例膨胀。使用x86上的G ++，如果你的类有一个虚方法而没有基类，你有一个指向vtable的指针。如果你有一个带有虚方法的基类，你仍然有一个指向vtable的指针。如果您有两个带有虚方法的基类，则每个实例上都有两个 vtable指针。

因此，使用多重继承（这是在C ++中实现接口的原因），您需要在对象实例大小中支付基类时间指针大小。内存占用的增加可能会产生间接的性能影响。

在C ++中使用抽象基类通常要求使用虚函数表，所有的接口调用都将通过该表进行查找。与原始函数调用相比，成本很小，因此请确保在担心之前需要比这更快。

我所知道的唯一主要区别是，由于你没有使用具体的类，内联（更多？）更难做。

我唯一能想到的是虚拟方法调用比非虚方法慢一点，因为调用必须通过虚方法表。

然而，这是搞砸你的设计的一个坏理由。如果您需要更高的性能，请使用更快的服务器。

对于包含虚函数的任何类，使用vtable。显然，通过像vtable这样的调度机制调用方法比直接调用要慢，但在大多数情况下，你可以使用它。

是的，但据我所知，没什么值得注意的。性能上升是因为每次方法调用都有“间接”。

但是，它实际上取决于您正在使用的编译器，因为某些编译器无法在继承自抽象基类的类中内联方法调用。

如果你想确定你应该自己进行测试。

是的，有罚款。可以提高平台性能的一点是使用没有虚函数的非抽象类。然后使用指向非虚函数的成员函数指针。

我知道这是一个不寻常的观点，但即便提到这个问题也让我怀疑你在课堂结构中过多考虑。我已经看到许多系统具有太多“抽象级别”，并且仅此一点使它们容易出现严重的性能问题，而不是由于方法调用的成本，而是由于倾向于进行不必要的调用。如果这发生在多个层面，那就是杀手锏。看一看

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