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没有动态调度开销的基类抽象方法的 C++ 习惯用法？

coder 2024-02-15 原文

在 C++ 中，是否有任何方法可以在不将方法声明为 的情况下拥有“抽象”基类方法(即，从基类声明和调用，但在子类中实现)虚拟?

当然，这个问题只适用于不需要多态性的情况(从未使用过的基类型的指针/引用)。请考虑以下事项:

#define NO_OPT asm volatile ("");  // to prevent some compiler optimization

template<typename DerivedType>
void doSomething(DerivedType& d) { d.foo(); }

namespace test1 {

    struct Base {
        inline void foo()
        {
            // ... do common stuff pre-call ...
            foo_impl();
            // ... do common stuff post-call ...
        }
        virtual void foo_impl() = 0; // the abstract method
    };
    struct D1 : public Base { virtual void foo_impl() final { NO_OPT } };
    struct D2 : public Base { virtual void foo_impl() final { NO_OPT } };

    // Then the usage of D1, D2, ..., DN, could be as follows:

    void go() {

        D1 d1; doSomething(d1);
        D2 d2; doSomething(d2);

        for ( long i=0; i < 5000000000; i++ ) {
            // this loop takes [9] seconds
            doSomething(d2);
        }
    }
}

请注意，在这种情况下不需要多态性，编译器有很多优化机会。

但是，我在最新的 g++ (4.8.2) 和 clang (3.4) 中对启用了 -O3 优化的代码进行了基准测试，包括链接时间 (LTO)，并且它比以下替代实现(使用模板而不是虚拟方法)慢得多:

namespace test2 {

    template<typename DerivedType>
    struct Base : public DerivedType  // inheritance in reverse
    {
        inline void foo()
        {
            // ... do common stuff pre-call ...
            DerivedType::foo_impl();
            // ... do common stuff post-call ...
        }
    };
    struct D1 { void foo_impl() { NO_OPT } };
    struct D2 { void foo_impl() { NO_OPT } };

    void go() {
        Base<D1> d1; doSomething(d1);
        Base<D2> d2; doSomething(d2);

        for ( long i=0; i < 5000000000; i++ ) {
            // this loop takes [3] seconds
            doSomething(d2);
        }
    }
}

g++ 和 clang 非常一致，每个编译优化代码都需要 9 秒来执行 test1 循环，但只需要 3 秒执行 test2 循环。因此，即使 test1 逻辑不需要动态调度，因为所有调用都应该能够在编译时解决，但它仍然慢得多。

所以重申我的问题:当不需要多态性时，有没有一种方法可以使用方便的直接类继承(如 test1)来实现这种“抽象方法”行为)，但没有虚函数的性能损失(如 test2 中所实现)？

最佳答案

为什么要显式调用运行时支持以应对您没有且不想被视为直截了当的情况？这也会让人类感到困惑。模板是这项工作的完美工具。

您需要一个通用的界面。鉴于您的示例模板实现，您甚至不需要拥有它的类型之间有任何明显的关系，只需要它们确实拥有它即可。

经典CRTP方式是

template<class d>
struct b { 
    void foo() { bark(); static_cast<d*>(this)->foo_impl(); bite(); }
};

struct d1 : b<d1> { void foo_impl() { fuzzbang("d1"); } };
struct d2 : b<d2> { void foo_impl() { fizzbuzz("d2"); } };

人们以前会看到的，这是符合要求的惯用语，但是您的

class m1 { protected: void foo_impl() { f1("1"); } };
class m2 { protected: void foo_impl() { f2("2"); } };

template<class m>
struct i : private m { void foo() { bark(); m::foo_impl(); bite(); } };

它也有很多值得推荐的地方:不需要强制转换，而且意图很明确。

我认为您无法合理地将优化器在具有嵌入式 volatile 访问的代码上的结果与在没有它们的情况下对类似代码的结果进行比较。在您的实际代码中尝试这两个实现。你正在做的任何事情的性能 50 亿次几乎肯定是由高速缓存效应而不是指令数决定的。

关于没有动态调度开销的基类抽象方法的 C++ 习惯用法？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/18244139/

用法ampcodefoo_implvoidc++c++11

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