内联虚函数

Question

在C++中，我的理解是虚函数可以被内联，但通常会忽略内联提示。似乎内联的虚函数并没有太大意义。

是这样吗？

有人能给出一个内联虚函数有用的案例吗？

- skydoor

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我在这里没有看到一个真正的问题... - Mitch Wheat

嗨，你是什么意思？我没有清楚地解决问题吗？对此我感到很抱歉。 - skydoor

内联函数从未是必需的，因此很难向您展示必要的内联虚拟函数。 - zneak

给zneak：哇...这是真的。非常感谢。 - skydoor

可能是内联虚函数真的毫无意义吗？的重复问题。 - Theodore Murdock

Answer 1

为了完整回答这个问题，需要了解到virtual属性既可以应用于函数本身，也可以应用于调用该函数的方法。有虚拟和非虚拟函数，还有对这些函数的虚拟和非虚拟调用。

同样适用于inline属性。存在内联和非内联函数，以及对这些函数的内联和非内联的调用。

这些属性-virtual和inline-当应用于函数本身时不会冲突。它们只是没有理由和机会发生冲突。对于函数本身，inline关键字所做的唯一修改就是修改该函数的一个定义规则：该函数可以在多个翻译单元中被定义（并且必须在使用它的每个翻译单元中都被定义）。而virtual关键字所做的唯一修改就是使包含该函数的类成为多态。它对函数本身没有实际影响。

因此，在声明一个函数同时使用virtual和inline关键字时，绝对没有问题。基础原则上不存在任何冲突。在C++语言中这是完全合法的。

struct S {
  virtual void foo(); 
};

inline void S::foo() // virtual inline function - OK, whatever
{
}

然而，当人们提出这个问题时，通常不是对函数本身的属性感兴趣，而是对调用该函数的特征感兴趣。

虚函数调用的定义特征是它在运行时被解析，这意味着真正的虚函数调用通常无法进行内联:

S *s = new SomeType;
s->foo(); // virtual call, in general case cannot be inlined

然而，如果调用本身不是虚函数（即使它调用了一个虚函数），那么内联就根本不是问题：

S *s = new SomeType;
s->S::foo(); // non-virtual call to a virtual function, can easily be inlined

当然，在某些情况下，优化编译器可能能够在编译时找出虚函数调用的目标，并内联甚至是这样的虚函数调用。在某些情况下很容易：

S ss;
ss.foo(); // formally a virtual call, but in practice it can easily be inlined

在某些情况下，这可能更加复杂，但仍然可行：

S *s = new S;
s->foo(); // virtual call, but a clever compiler might be able
          // to figure out that it can be inlined

- AnT stands with Russia

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你怎么能说 ss.foo(); 形式上是一个虚函数调用呢？ - Belloc

@Belloc：因为在C++中，所有对虚函数的调用都是“虚调用”，即根据对象的动态类型解析。语言规范中没有任何说明ss.foo()有什么特殊或不同的地方。唯一忽略“动态类型”的调用是限定名称的调用。 - AnT stands with Russia

我不是gcc和clang的专家，但据我所知，-O0是两个编译器中最低的优化级别。顺便说一句，使用-O0开关在clang中可以得到相同的结果。无论如何，你能否给我一个标准的引用，证实你所说的内容？ - Belloc

@Belloc：此外，仔细想想，我甚至不会称其为“优化”。真正的编译器优化是指编译器生成的代码与抽象C++机器的行为偏离（当然仍保留可观察行为）。在这种情况下，没有偏离。调用根据对象的动态类型解析，就像抽象的C++机器一样。调用是直接分派还是间接分派（即在反汇编中看到的内容）完全无关紧要。 - AnT stands with Russia

我现在必须离开。明天我会回来。非常感谢您关注并回答我的评论。 - Belloc

Answer 2

在正常情况下，虚函数将通过指向函数的指针（包含在类的虚函数表中）来调用。因此，只有在编译器可以静态确定将调用该函数的实际类型时，即它必须是类X或继承自X的某些内容，才能在内联方式下生成虚函数调用。

内联虚函数的主要应用场景是在性能至关重要的情况下，并且已知一个类将经常以一种方式使用，使得编译器可以静态地确定实际类型（并且至少有一个目标编译器可以通过指针优化掉调用）。

- Jerry Coffin

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我也发现当短函数内联在类体中时，它们更清晰。 - Omnifarious

问题涉及关键字 inline。 - Georg Fritzsche

此外，我认为如果你的虚函数只是调用其他函数（这可能会发生在多重继承或其他原因），编译器可以将其thunking直接放入vtable中。 - Omnifarious

@ gf，不，它涉及内联虚函数的概念。在类体中声明的函数被隐式声明为内联函数，即使没有inline关键字也是如此。 - Omnifarious

说的也有道理，但这并不一定意味着“内联于类体中”。 - Georg Fritzsche

Answer 3

你可以将虚函数定义为内联函数。决定函数是否调用内联不仅在编译时确定，也可能在编译到运行时之间的任何时间确定。你可以参考Herb Sutter的这篇文章：Inline Redux。

- Jagannath