针对同一对象重复调用同一函数的虚函数优化

Question

假设有这样一个抽象类：

class Base {
   public:

   virtual void f() = 0;

   virtual ~Base()  = default;
};

还有一些功能：

void function (Base& x, bool flag1, bool flag2, bool flag3) {

   if(flag1)
      x.f();
   if(flag2)
      x.f();
   if(flag3)
      x.f();
}

在

main()

函数中，我从共享库中加载了派生自此类的实例：

int main() {
  Base* x = /* load from shared lib*/;

  bool flag1 = getchar() == '1';
  bool flag2 = getchar() == '2';
  bool flag3 = getchar() == '3';

  function(*x, flag1, flag2, flag3);

  return 0;
}

问题：我是否可以期望在一次函数调用中

void function (Base& x, bool flag1, bool flag2, bool flag3)

虚函数表只会被访问一次，即使所有三个标志都是

true

？ 也就是说，编译器是否可以只在表中找到一次函数并在另外两次使用它的地址？

附言从共享库加载实例只是一个例子，排除内联函数的可能性。

Answer 1

一般来说，你不能保证编译器会优化虚函数表查找只发生一次。依赖特定的编译器优化性能关键代码通常不是一个好主意。作为一个简单的解决方法，也许你可以这样做：

if (flag1 || flag2 || flag3) {
    x.f();
}

但是我不知道你用这三个标志的目的或意义。

Answer 2

在 C 和 C++ 中有 AS IF 规则，因此编译器可以进行您期望的优化（如果启用）。问题是您没有保证编译器会这样做。要查看它是否发生，您必须检查汇编输出，这不是很好。

Answer 3

即使这样做：

void function (Base& x, bool flag1, bool flag2, bool flag3) {
   if(flag1 || flag2 || flag3) {
      if(flag1)
         x.f();
      if(flag2)
         x.f();
      if(flag3)
         x.f();
   }
}

使用 GCC -O3 为每次调用加载 vtable 指针（

mov rax, QWORD PTR [rbx]

）：

function(Base&, bool, bool, bool):
        push    r12
        mov     r12d, ecx
        push    rbp
        mov     ebp, edx
        push    rbx
        mov     rbx, rdi
        test    sil, sil
        jne     .L2
        test    dl, dl
        jne     .L2
.L6:
        test    r12b, r12b
        jne     .L12
.L9:
        pop     rbx
        pop     rbp
        pop     r12
        ret
.L2:
        mov     rax, QWORD PTR [rbx]
        mov     rdx, QWORD PTR [rax]
        test    sil, sil
        je      .L7
        mov     rdi, rbx
        call    rdx
        test    bpl, bpl
        je      .L6
        mov     rax, QWORD PTR [rbx]
.L7:
        mov     rdi, rbx
        call    [QWORD PTR [rax]]
        test    r12b, r12b
        je      .L9
.L12:
        mov     rax, QWORD PTR [rbx]
        mov     rdi, rbx
        pop     rbx
        pop     rbp
        pop     r12
        mov     rax, QWORD PTR [rax]
        jmp     rax