面试题：C++ 非虚函数性能优势在继承体系中的体现

Question

在一个简单的C++继承体系中，基类有一个非虚函数 `void baseFunction()` 和一个虚函数 `virtual void virtualFunction()`，派生类重写 `virtualFunction()`。请解释为什么调用 `baseFunction()` 可能比调用 `virtualFunction()` 具有更好的性能，从函数调用机制角度分析。

Answer 1

1. 非虚函数 baseFunction() 的调用机制：
   • 非虚函数的调用是在编译期确定的。编译器在编译时，根据对象的静态类型（即声明对象时所使用的类型），直接生成调用该函数的机器码。
   • 例如，若有代码 Base b; b.baseFunction();，编译器知道 b 是 Base 类型，直接生成调用 Base::baseFunction 的指令。这是一种静态绑定机制，不需要额外的运行时开销来确定具体调用哪个函数版本。
2. 虚函数 virtualFunction() 的调用机制：
   • 虚函数的调用是在运行期确定的，采用动态绑定机制。当对象调用虚函数时，编译器会生成代码去查找虚函数表（vtable）。
   • 每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，对象内部包含一个指向虚函数表的指针（vptr）。在运行时，程序通过对象的 vptr 找到对应的虚函数表，然后根据虚函数在表中的索引找到要调用的具体函数版本。
   • 例如，若有代码 Base *ptr = new Derived(); ptr->virtualFunction();，在运行时，程序要通过 ptr 指向对象的 vptr 找到虚函数表，再确定调用 Derived::virtualFunction，这涉及到额外的间接寻址操作，增加了运行时开销。
3. 性能差异：
   • 由于非虚函数 baseFunction() 的调用在编译期就确定，不需要运行时查找虚函数表等额外开销，所以调用 baseFunction() 可能比调用 virtualFunction() 具有更好的性能。