面试题：C++类内成员函数性能影响在复杂场景下的表现

Question

假设有一个大型的C++项目，其中有一个频繁调用的类A，类A中有多个成员函数。现在要优化该类的性能，对于类内成员函数，从内联函数、函数重载、虚函数等方面考虑，应该如何设计这些成员函数以提升整体性能？请详细说明并给出简单代码示例。

Answer 1

内联函数

• 设计思路：对于短小且频繁调用的成员函数，将其声明为内联函数。内联函数在编译时，函数体的代码会被直接嵌入到调用处，减少函数调用的开销（如栈的开辟与销毁等），从而提升性能。
• 示例代码：

class A {
public:
    // 内联函数示例
    inline int getValue() const {
        return value;
    }
private:
    int value;
};

函数重载

• 设计思路：合理使用函数重载可以提高代码的可读性和易用性，但对性能提升作用有限。当需要对不同参数类型执行相似操作时，使用函数重载。尽量避免过度重载导致代码复杂度过高，影响可读性和维护性。
• 示例代码：

class A {
public:
    void print(int num) {
        std::cout << "Printing int: " << num << std::endl;
    }
    void print(double num) {
        std::cout << "Printing double: " << num << std::endl;
    }
};

虚函数

• 设计思路：如果类A不需要被继承或者不需要多态行为，尽量避免使用虚函数。虚函数会增加额外的开销，因为调用虚函数需要通过虚函数表指针来查找函数地址。若确实需要多态，应尽量减少虚函数的层数，以降低查找虚函数表的开销。
• 示例代码（假设确实需要多态）：

class A {
public:
    virtual void doSomething() {
        std::cout << "A::doSomething" << std::endl;
    }
};

class B : public A {
public:
    void doSomething() override {
        std::cout << "B::doSomething" << std::endl;
    }
};

总结：对于频繁调用且短小的成员函数优先考虑内联；谨慎使用函数重载以提高代码可读性；若非必要尽量避免虚函数，若需要多态则优化虚函数层次。