c++中的CRTP与虚函数的性能对比_c++静态多态 vs 动态多态【性能】-C++-PHP中文网

c++中的CRTP与虚函数的性能对比_c++静态多态 vs 动态多态【性能】

尼克

发布： 2025-12-07 23:47:02

原创

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CRTP在性能上通常优于虚函数，因其采用编译期绑定，避免虚表查找、间接跳转及分支预测失败，并支持完全内联与深度优化；而虚函数需运行时通过vptr查vtable并间接调用，开销显著。

c++中的crtp与虚函数的性能对比_c++静态多态 vs 动态多态【性能】

CRTP（Curiously Recurring Template Pattern）在性能上通常优于虚函数，核心原因是它实现了编译期绑定，完全避免了运行时的虚表查找和间接跳转开销。

虚函数的性能开销在哪

每次调用虚函数，CPU 需要：

通过对象的虚表指针（vptr）找到虚表（vtable）
根据函数在类中的偏移量索引查表，拿到实际函数地址
执行间接跳转（indirect call），这会干扰 CPU 的分支预测，容易导致流水线冲刷
无法内联——编译器一般不会对虚函数做跨翻译单元的内联（除非 LTO + 高度优化且确定无 override）

CRTP 是怎么做到更快的

CRTP 是一种静态多态技术，基类模板把派生类类型作为模板参数传入，所有调用在编译期就确定目标函数：

没有虚表、没有 vptr、没有间接跳转
函数调用是直接调用（direct call），可被 GCC/Clang 完全内联（尤其在 -O2 及以上）
编译器能做常量传播、死代码消除、循环展开等深度优化
例如：static_cast(this)->func() 在 CRTP 基类中展开后，就是对 Derived::func() 的直接调用

实测差异明显吗

在热点路径（如数学计算循环、容器遍历、游戏逻辑帧更新）中，差异可观：

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简单虚函数调用：约 1–3 纳秒/次（取决于 CPU 和缓存状态）
CRTP 调用：接近 0 纳秒（内联后只剩指令本身，甚至被优化掉）
若函数体小（比如返回成员变量），虚函数可能比 CRTP 慢 2–5×；若含分支或内存访问，差距可能缩小，但 CRTP 仍稳占优势
注意：开启 -O2/-O3 后，虚函数在 final 类或无继承场景下也可能被 devirtualize，但这是编译器推测，不保证；CRTP 是确定性的零成本抽象