Question

我似乎记得在某处读到C＃中虚拟呼叫的成本并不像C ++那样高。这是真的？如果是这样 - 为什么？

Answer 1

C＃虚拟调用必须检查“this”是否为空，而C ++虚拟调用则不是。所以我一般都看不出为什么C＃虚拟调用会更快。在特殊情况下，C＃编译器（或JIT编译器）可以能够比C ++编译器更好地内联虚拟调用，因为C＃编译器可以访问更好的类型信息。调用方法指令有时可能在C ++中较慢，因为C＃JIT可能能够使用更快的指令，只处理小的偏移，因为它更多地了解运行时内存布局和处理器模型然后一个C ++编译器。

然而，我们最多谈的是一些处理器指令。在调制解调器超标量处理器上，“空检查”指令很可能与“调用方法”同时运行，因此不需要时间。

如果在循环中调用make，则很可能所有处理器指令都已成为1级缓存。但是数据不太可能是缓存，这些天从主内存读取数据值的成本与从1级缓存运行100条指令的成本相同。因此，不幸的是，在实际应用中，虚拟呼叫的成本甚至可以在很少的地方进行测量。

C＃代码使用更多指令的事实当然会减少可以容纳在缓存中的代码量，这种影响无法预测。

（如果C ++类使用多个内在性，则成本更高，因为必须修补“this”指针。同样，C＃中的接口会添加另一个重定向级别。）

Answer 2

对于JIT编译语言（我不知道CLR是否这样做，Sun的JVM确实如此），这是一种常见的优化，将只有两个或三个实现的虚拟调用转换为类型和直接或内联电话。

这样做的好处是，现代流水线CPU可以使用分支预测和预取直接调用，但间接调用（由高级语言中的函数指针表示）通常会导致流水线停滞。

在极限情况下，只有一个虚拟呼叫的实现，并且呼叫的主体足够小，虚拟呼叫减少到纯inline code。这种技术用于Self language运行时，JVM是从它发展而来的。

大多数C ++编译器不执行执行此优化所需的整个程序分析，但是诸如LLVM之类的项目正在考虑诸如此类的整个程序优化。

Answer 3

最初的问题是：

我似乎记得在某处读书 C＃中虚拟呼叫的成本没有那么高，相对而言说话，就像在C ++中一样。

请注意重点。换句话说，这个问题可以改为：

我似乎记得在某处读书在C＃中，虚拟和非虚拟调用同样很慢，而在C ++中虚拟呼叫比a慢非虚拟电话......

因此，在任何情况下，提问者都没有声称C＃比C ++更快。

可能是无用的转移，但这引发了我对C ++的好奇心与/ clr：pure，没有使用C ++ / CLI扩展。编译器生成的IL由JIT转换为本机代码，尽管它是纯C ++。所以在这里我们可以看到如果在与C＃相同的平台上运行，标准C ++实现会做什么。

使用非虚方法：

struct Plain
{
    void Bar() { System::Console::WriteLine("hi"); }
};

此代码：

Plain *p = new Plain();
p->Bar();

...导致使用特定方法名称发出call操作码，向Bar传递一个隐式this参数。

call void <Module>::Plain.Bar(valuetype Plain*)

与继承层次结构比较：

struct Base
{
    virtual void Bar() = 0;
};

struct Derived : Base
{
    void Bar() { System::Console::WriteLine("hi"); }
};

现在，如果我们这样做：

Base *b = new Derived();
b->Bar();

它会发出calli操作码，跳转到计算地址 - 所以在调用之前有很多IL。通过将其重新打开到C＃，我们可以看到发生了什么：

**(*((int*) b))(b);

换句话说，将b的地址强制转换为指向int的指针（恰好与指针大小相同）并获取该位置的值，即vtable的地址，以及然后取vtable中的第一项，即跳转到的地址，取消引用并调用它，并将隐含的this参数传递给它。

我们可以调整虚拟示例以使用C ++ / CLI扩展：

ref struct Base
{
    virtual void Bar() = 0;
};

ref struct Derived : Base
{
    virtual void Bar() override { System::Console::WriteLine("hi"); }
};

Base ^b = gcnew Derived();
b->Bar();

这会生成callvirt操作码，就像在C＃中一样：

callvirt instance void Base::Bar()

因此，在编译目标CLR时，Microsoft的当前C ++编译器与使用每种语言的标准功能时C＃所做的优化不同;对于标准C ++类层次结构，C ++编译器生成的代码包含用于遍历vtable的硬编码逻辑，而对于ref类，它将它留给JIT以确定最佳实现。

Answer 4

我猜这个假设基于JIT编译器，这意味着C＃可能在实际使用之前将虚拟调用转换为一个简单的方法调用。

但它基本上是理论上的，我不会赌它！

Answer 5

C ++中虚拟调用的成本是通过指针（vtbl）调用函数的成本。我怀疑C＃可以更快地完成那个并且仍然能够在运行时确定对象类型......

编辑：正如Pete Kirkham指出的那样，一个好的JIT可能能够内联C＃调用，避免管道停滞;大多数C ++编译器都无法做到的事情。另一方面，Ian Ringrose提到了对缓存使用的影响。除此之外，JIT本身正在运行，并且（严格来说是个人）我不会打扰，除非在实际工作负载下对目标机器进行分析已经证明比另一个更快。它充其量只是微观优化。

Answer 6

不确定完整的框架，但在Compact Framework中它会更慢，因为CF没有虚拟调用表，尽管它会缓存结果。这意味着CF中的虚拟调用在第一次调用时会变慢，因为它必须进行手动查找。如果应用程序内存不足，则每次调用它时可能会很慢，因为缓存的查找可能会被调整。

Answer 7

在C＃中，可以通过分析代码将虚拟功能转换为非虚拟功能。在实践中，它不会经常发生太大的变化。

Answer 8

C＃展开vtable并内联祖先调用，这样你就不会链接继承层次结构来解决任何问题。

Answer 9

这可能不是你问题的答案，但是尽管.NET JIT优化了之前所有人都说过的虚拟调用，但是Visual Studio 2005和2008中的profile-guided optimization通过直接调用来实现虚拟调用。最有可能是目标函数，内联呼叫，因此权重可能相同。

C＃与C ++中的虚拟调用速度

9 个答案: