Fonctions virtuelles et performances - C++

Question

Dans la conception de mes classes, j'utilise abondamment les classes abstraites et les fonctions virtuelles. J'avais l'impression que les fonctions virtuelles affectaient les performances. Est-ce vrai ? Mais je pense que cette différence de performances n'est pas perceptible et que j'ai l'impression de faire une optimisation prématurée. N'est-ce pas ?

Answer 1

Votre question m'a rendu curieux, alors je me suis lancé et j'ai effectué quelques timings sur le processeur PowerPC de 3 GHz en ordre de marche avec lequel nous travaillons. Le test que j'ai effectué consistait à créer une simple classe de vecteur 4d avec des fonctions get/set.

class TestVec 
{
    float x,y,z,w; 
public:
    float GetX() { return x; }
    float SetX(float to) { return x=to; }  // and so on for the other three 
}

J'ai ensuite créé trois tableaux contenant chacun 1024 de ces vecteurs (assez petits pour tenir dans L1) et j'ai exécuté une boucle qui les ajoutait les uns aux autres (A.x = B.x + C.x) 1000 fois. J'ai exécuté cette boucle avec les fonctions définies comme inline , virtual et des appels de fonction réguliers. Voici les résultats :

• en ligne : 8ms (0,65ns par appel)
• direct : 68ms (5,53ns par appel)
• virtuel : 160ms (13ns par appel)

Ainsi, dans ce cas (où tout tient dans le cache), les appels de fonctions virtuelles étaient environ 20 fois plus lents que les appels en ligne. Mais qu'est-ce que cela signifie réellement ? Chaque passage dans la boucle a causé exactement 3 * 4 * 1024 = 12,288 appels de fonction (1024 vecteurs fois quatre composantes fois trois appels par addition), ces temps représentent donc 1000 * 12,288 = 12,288,000 appels de fonction. La boucle virtuelle a pris 92 ms de plus que la boucle directe, de sorte que la surcharge supplémentaire par appel était de 7 %. nanosecondes par fonction.

J'en conclus que : sí Les fonctions virtuelles sont beaucoup plus lentes que les fonctions directes. no à moins que vous ne prévoyiez de les appeler dix millions de fois par seconde, cela n'a pas d'importance.

Voir aussi : comparaison de l'assemblage généré.

Answer 2

Une bonne règle de base est :

Ce n'est pas un problème de performance jusqu'à ce que vous puissiez le prouver.

L'utilisation de fonctions virtuelles aura un très léger effet sur les performances, mais il est peu probable qu'elle affecte les performances globales de votre application. Il est préférable de chercher à améliorer les performances au niveau des algorithmes et des E/S.

Un excellent article qui traite des fonctions virtuelles (et plus encore) est le suivant Les pointeurs de fonctions membres et les délégués C++ les plus rapides possibles .

Answer 3

Quand l'Objective-C (où toutes les méthodes sont virtuelles) est le langage principal de l'iPhone et que l'on ne peut pas se passer de l'Objective-C Java est le langage principal d'Android, je pense qu'il est assez sûr d'utiliser les fonctions virtuelles C++ sur nos tours à double cœur de 3 GHz.

Answer 4

Dans les applications dont les performances sont très critiques (comme les jeux vidéo), un appel de fonction virtuelle peut être trop lent. Avec le matériel moderne, le plus gros problème de performance est le manque de cache. Si les données ne sont pas dans le cache, il peut s'écouler des centaines de cycles avant qu'elles ne soient disponibles.

Un appel de fonction normal peut générer une absence de cache d'instruction lorsque le CPU va chercher la première instruction de la nouvelle fonction et qu'elle n'est pas dans le cache.

Un appel à une fonction virtuelle doit d'abord charger le pointeur de la table virtuelle à partir de l'objet. Cela peut entraîner un manque de données dans le cache. Ensuite, il charge le pointeur de fonction à partir de la table virtuelle, ce qui peut entraîner une autre absence de données dans le cache. Enfin, il appelle la fonction, ce qui peut entraîner une absence d'instructions dans le cache, comme pour une fonction non virtuelle.

Dans de nombreux cas, deux requêtes supplémentaires dans la mémoire cache ne sont pas un problème, mais dans une boucle serrée sur un code dont les performances sont critiques, cela peut réduire considérablement les performances.

Answer 5

Extrait de la page 44 de Le manuel "Optimizing Software in C++" d'Agner Fog :

Le temps nécessaire pour appeler une fonction membre virtuelle est supérieur de quelques cycles d'horloge à celui nécessaire pour appeler une fonction membre non virtuelle, à condition que l'instruction d'appel de fonction appelle toujours la même version de la fonction virtuelle. Si la version change, vous aurez une pénalité pour mauvaise prédiction de 10 à 30 cycles d'horloge. Les règles de prédiction et de mauvaise prédiction des appels de fonctions virtuelles sont les mêmes que pour les instructions switch...