c ++開關與成員函數指針與虛擬繼承

Question

我試圖分析實現多態的各種方法之間的權衡。 我需要一個對象列表，它們在成員函數中有一些相似之處和一些差異。 我看到的選項如下：

1. 每個對象都有一個標志，每個函數都有一個switch語句。 標志的值將每個對象定向到每個函數的特定部分。
2. 在對象中有一個成員函數指針數組，這些指針在構造時分配。 然后，我調用該函數指針以獲取正確的成員函數。
3. 有一個帶有幾個派生類的虛基類。 這樣做的一個缺點是我的列表現在必須包含指針，而不是對象本身。

我的理解是，由於成員函數的保證接近，選項3中列表中的指針查找將比選項2的成員函數查找花費更長的時間。

這些選項有哪些優點/缺點？ 我的首要任務是性能優於可讀性。 有多態的其他方法嗎？

Answer 1

1. 每個對象都有一個標志，每個函數都有一個switch語句。 標志的值將每個對象定向到每個函數的特定部分

   好吧，如果基於標志的代碼變化非常小，這可能是有意義的。 這最小化了必須適合高速緩存的（重復）代碼量，並避免了任何函數調用間接。 在某些情況下，這些好處可能會超過switch語句的額外成本。

2. 在對象中有一個成員函數指針數組，這些指針在構造時分配。 然后，我調用該函數指針以獲取正確的成員函數

   您保存一個間接（到vtable），但也使您的對象更大，因此更少適合緩存。 不可能說哪個會占據主導地位，所以你只需要描述一下，但這不是一個明顯的勝利

3. 有一個帶有幾個派生類的虛基類。 這樣做的一個缺點是我的列表現在必須包含指針，而不是對象本身

   如果您的代碼路徑不同，將它們完全分開是合理的，這是最干凈的解決方案。 如果需要對其進行優化，可以使用專用的分配器來確保它們是順序的（即使容器中沒有順序），也可以使用類似於Boost.Any的聰明包裝器將對象直接移動到容器中。 你仍然會得到vtable間接，但我更喜歡這個＃2，除非分析顯示它真的是一個問題。

因此，在您決定之前，您應該回答幾個問題：

1. 共享多少代碼，有多少變化？
2. 對象有多大，並且內聯函數指針表會對緩存未命中統計數據產生重大影響嗎？

並且，在你回答了這些之后，你應該只是簡介。

Answer 2

使用switch語句，如果要添加新類，則需要修改打開類的所有位置，這可能位於代碼庫中的不同位置。 您的代碼庫之外可能還有一些地方需要修改，但也許您知道在這種情況下不是這種情況。

使用每個成員中的成員函數指針數組，唯一的缺點是您為每個對象復制該內存。 如果您知道只有一個或兩個“虛擬”功能，那么這是一個不錯的選擇。

至於虛函數，你是正確的，你必須堆分配它們（或手動管理內存），但它是最可擴展的選項。

如果您不是可擴展的，則（1）或（2）可能是您的最佳選擇。 與往常一樣，唯一的方法是衡量。 我知道許多編譯器在某些情況下會通過跳轉表實現switch語句，跳轉表基本上與虛函數表相同。 對於少量的case語句，他們可能只使用二進制搜索分支。

測量！

Answer 3

實現更快的多態性的一種方法是通過CRTP慣用法和靜態多態性 ：

template<typename T>
struct base
{
    void f()
    {
         static_cast<T*>( this )->f_impl();
    }
};

struct foo : public base<foo>
{
    void f_impl()
    {
       std::cout << "foo!" << std::endl;
    }
};

struct bar : public base<bar>
{
    void f_impl()
    {
       std::cout << "bar!" << std::endl;
    }
};

struct quux : public base<quux>
{
    void f_impl()
    {
       std::cout << "quux!" << std::endl;
    }
};


template<typename T>
void call_f( const base<T>& something )
{
    something.f();
}

int main()
{
    foo my_foo;
    bar my_bar;
    quux my_quux;

    call_f( my_foo );
    call_f( my_bar );
    call_f( my_quux );
}

這輸出：

FOO！
酒吧！
QUUX！

靜態多態性比虛擬分派執行得更好 ，因為編譯器知道在編譯時將調用哪個函數，並且它可以內聯所有內容 。

即使它提供動態綁定，它也不能以通用的異構容器方式執行多態，因為基類的每個實例都是不同的類型。
但是，這可以通過boost::any來實現。