Грокаем C++ on Telegram: “Inline виртуальные методы #опытным В догонку п…”

Inline виртуальные методы
#опытным

В догонку предыдущего поста. Если можно сделать обычные методы inline, то можно и виртуальные сделать. Что это изменит?

Ну то есть такая иерархия:

class Base {
public:
    virtual int foo() = 0;

protected:
    int x = 2;
};

class Derived : public Base {
public:
    int foo() override {
        x *= 2;
        return x;
    }
};

Получим ли мы какой-то профит от того, что виртуальные методы теперь inline?

Посмотрим на такой код:

void simple() {
    Derived d;
    std::cout << d.foo();
}

Конечно же метод будет встраиваться в вызывающий код. Компилятор на этапе компиляции четко знает тип, с которым он работает, и может проводить оптимизации.

Но вообще говоря, это далеко не основной кейс использования виртуальных методов. Давайте ближе к реальной задаче:

void vec_base(std::vector<std::unique_ptr<Base>>& my_vec) {
    for (auto &p : my_vec) {
        std::cout << p->foo();
    }
}
// другая TU
std::vector<std::unique_ptr<Base>> my_vec;
my_vec.push_back(new Derived());
vec_base(my_vec);

Здесь все понятно. Компилятор реально не знает, какие типы находятся внутри my_vec в функции vec_base. Поэтому все, что он может сделать - это использовать указатель на таблицу виртуальных функций и пусть рантайме уже решается, какой конкретно метод вызвать.

Теперь посмотрим такой код:

void vec_derived(std::vector<std::unique_ptr<Derived>>& my_vec) {
    for (auto &p : my_vec) {
        std::cout << p->foo();
    }
}
// другая TU
std::vector<std::unique_ptr<Derived>> my_vec;
my_vec.push_back(new Derived());
vec_base(my_vec);

И здесь тоже не инлайнится код! Хотя компилятор же видит, что Derived - это единственный наследник.

Но на деле это может быть не так. Единица трансляции с vec_derived может не знать о наследниках уже Derived класса, которые определены отдельно. Компилятор не может достоверно доказать, что у Derived нет наследников, поэтому и не может инлайнить код. Опять vtable и оверхэд.

И здесь в игру вступает ключевое слово final и девиртуализация вызовов, о которой мы говорили тут и тут. Пометив класс как final, мы можем ожидать, что компилятор поймет, что никаких наследников у него нет. Поэтому он может встраивать вызов метода foo для Derived класса в последнем примере.

Вот код на годболте с последними примерами и final девиртуализацией. Немного упростил его, чтобы легче было ассемблер читать.

Правды ради стоит сказать, что для девиртуализации нужны очень особенные условия, которых сложно достичь, используя стандартные практики программирования и паттерны ООП.

Учитывая, что

1️⃣ виртуальные функции обычно довольно громоздкие(их код будет генерится во всех единицах трансляции, что раздувает бинарь)

2️⃣ операции над непосредственно типами наследниками не распространены

3️⃣ а для девиртуализации нужно танцевать с бубнами

от определения чуть сложных виртуальных методов внутри класса могут быть только проблемы. Поэтому например в Chromium гайдлайнах четко прописано, что запрещены инлайн определения виртуальных методов. Все уносим в цпп.

Be useful. Stay cool.

#cppcore #OOP #design