秒杀面试题：深入final，掌握C++性能优化

公众号guangcity

发布于 2024-01-11 13:41:27

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秒杀面试题：深入final，掌握C++性能优

C++11之后有了final，它用来指定不能在派生类中重写虚函数，或者不能从中派生类。

例如下面这个例子，当添加final之后：

foo函数被禁止重写
bar函数被禁止重写
B类被禁止继承

那么，除了这些还有什么？如果面试官问你final，你只答这些能过？接下来本文来拓展一下final的妙用！

struct Base
{
    virtual void foo();
};
 
struct A : Base
{
    void foo() final; // Base::foo is overridden and A::foo is the final override
    void bar() final; // Error: bar cannot be final as it is non-virtual
};
 
struct B final : A // struct B is final
{
    void foo() override; // Error: foo cannot be overridden as it is final in A
};
struct C : B {}; // Error: B is final

虚函数需要在运行时通过vtable进行间接调用，其中会发生分支预测和指令缓存，还会影响内联。因此相比于函数的直接调用，其性能较差。

通过final可以做到去虚拟化，它是一种编译器优化手段，尝试在编译时而非运行时解决函数调用问题。由于在编译时可以确定调用哪个函数，因此便不会存在前面的vtable问题了，从而极大的提升虚函数调用的性能。

1.去虚拟化与原生对比

以下面为例：A有两个接口，f1、f2，子类B继承A重写了这两个接口，f1后面添加了final，f2不变，f1与f2函数各自调用b的f1与f2。

class A {
public:
    virtual void f1() = 0;
    virtual void f2() = 0;
};

class B : public A {
public:
    void f1() final override {}
    void f2() override {}
};

void f1(B& b) {
    b.f1();
}

void f2(B &b) {
    b.f2();
}

其汇编代码如下：

https://gcc.godbolt.org/z/GT78G7T9z

B::f2():
        rep ret
f1(B&):
        rep ret
f2(B&):
        mov     rax, QWORD PTR [rdi]
        mov     rax, QWORD PTR [rax+8]
        cmp     rax, OFFSET FLAT:B::f2()
        jne     .L6
        rep ret
.L6:
        jmp     rax

从上面可以看到，对于f1(b)来说由于添加了final，我们可以看到直接调用了B的f1，而并没有加载B的vtable。对于f2(b)来说加载了B的vtable、比较虚函数地址，判断是否jmp。

上面这个例子比较简单，指针加载和跳转的成本可能看起来并不多，因为它只是几条指令，但是这可能涉及分支预测错误和缓存未命中问题，这可能会引发性能下降。