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虚函数的性能消耗

聊到虚函数的性能开销，大家的第一反应肯定是间接调用上，何为间接调用？
当调用一个虚函数时，实际执行的函数版本是在运行时通过虚函数表（virtualtable）查找确定的。这个查找过程是一个间接的过程，相比于直接函数调用，它增加了一层间接性，因此会产生额外的开销。

其实间接调用只是虚函数性能消耗的一个方面，内存访问、优化限制、预测失败都是虚函数性能消耗的几个方面。

• 内存访问：虚函数表通常存储在对象的内存布局中的一个特定位置。当执行虚函数调用时，必须先访问对象的内存以获取虚函数表的地址，然后才能找到并调用相应的函数。这个额外的内存访问过程会导致性能开销。

• 优化限制：由于虚函数的动态绑定特性，编译器通常无法在编译时确定将要调用的确切函数版本，这限制了编译器进行某些优化，例如内联展开（inline expansion）。内联是一种重要的优化技术，它可以通过消除函数调用的开销来提高性能。虚函数通常无法被内联，因此无法从这种优化中获益。

• 预测失败：现代处理器使用分支预测技术来优化指令流水线。由于虚函数调用涉及间接跳转，其目标地址可能难以预测，从而导致分支预测失败，增加了处理器执行指令的时间

虽然虚函数引入了一定的性能开销，但是它们为C++程序提供了极大的灵活性和面向对象编程的多态特性。在大多数情况下，虚函数带来的性能损失是可以接受的，特别是考虑到它们带来的设计和维护上的好处。然而，在性能非常关键的代码路径中，如果可以避免使用虚函数而不影响代码的清晰性和维护性，那么可能需要考虑其他设计方案。