面试题：C++中静态关联在函数调用方面的性能特点

Question

在C++中，静态关联下函数调用的性能特点是什么？请从编译时期确定函数地址、函数调用开销等方面阐述，并举例说明。

Answer 1

编译时期确定函数地址

• 解析：在静态关联（也叫早期绑定）中，函数调用的地址在编译时期就被确定。编译器根据对象的静态类型（即声明时的类型）来决定调用哪个函数。这意味着编译器可以确切知道要调用的函数实体，因为它在编译时就已明确。
• 优势：由于函数地址提前确定，在运行时无需额外的计算或查找来定位函数，这使得代码执行更加高效。

函数调用开销

• 解析：静态关联下函数调用开销相对较小。因为函数地址在编译期确定，在生成的机器码中，函数调用指令直接指向目标函数的地址。相比于动态关联（晚期绑定，运行时才确定函数地址），它不需要额外的机制（如虚函数表的查找）来确定调用的函数。
• 优势：这减少了运行时的开销，特别是在性能关键的代码段，频繁的函数调用可以更快速地执行。

举例说明

#include <iostream>

class Base {
public:
    void print() {
        std::cout << "Base::print()" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void print() {
        std::cout << "Derived::print()" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base b;
    Derived d;

    b.print(); // 静态关联，编译期确定调用Base::print()
    d.print(); // 静态关联，编译期确定调用Derived::print()

    Base* ptr = &d;
    ptr->print(); // 这里依然是静态关联，根据ptr的静态类型Base，调用Base::print()
    return 0;
}

在上述代码中，b.print() 和 d.print() 都是静态关联，编译器在编译时就知道分别调用 Base::print() 和 Derived::print()。而 ptr->print() 尽管 ptr 指向 Derived 对象，但由于 ptr 的静态类型是 Base，所以还是调用 Base::print()，这体现了静态关联根据静态类型确定函数调用的特性，并且这种调用方式在编译期确定函数地址，函数调用开销小。