C++の仮想関数って、どれくらい遅いの？

C++で学ぶ！メモリレイアウトとvtableのすゝめ　〜動的ポリモフィズムを実現する仕組み〜
を読んで、どんだけ遅いのかが気になったので測ってみた。

まずは、仮想だったり仮想じゃなかったりする関数を呼ばれるクラスたち：

vfunc_classes.h(c++14)

struct base
{
  virtual void vfunc() const =0;
  void non_vfunc() const;
  virtual ~base(){}
};

struct derived1 : public base
{
  virtual void vfunc() const;
  virtual ~derived1(){}
  static void func(base const &);
};

struct derived2 : public base
{
  virtual void vfunc() const;
  virtual ~derived2(){}
  static void func(base const &);
};

そして、関数定義

vfunc_classes.cpp(c++14)

#include "vfunc_classes.h"

void base::non_vfunc() const {}
void derived1::vfunc() const {}
void derived2::vfunc() const {}

void derived1::func(base const &){}
void derived2::func(base const &){}

最後に、時間を測るひと。

vfunc.cpp(c++14)

// CC -std=c++14 -O2 vfunc.cpp vfunc_classes.cpp
#include <iostream>
#include <chrono>
#include "vfunc_classes.h"

constexpr int TRIAL = 1'000'000'000;

void vfunc(base const & b)
{
  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  for( int i=0 ; i<TRIAL ; ++i ){
    b.vfunc();
  }
  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  std::cout
      << "vfunc: "
      << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count() * 1e-3
      << "ms"
      << std::endl;
}

void funcptr(base const & b, void(*func)(base const &b))
{
  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  for( int i=0 ; i<TRIAL ; ++i ){
    func(b);
  }
  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  std::cout
      << "funcptr: "
      << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count() * 1e-3
      << "ms"
      << std::endl;
}

void non_vfunc(base const & b)
{
  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  for( int i=0 ; i<TRIAL ; ++i ){
    b.non_vfunc();
  }
  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  std::cout
      << "non_vfunc: "
      << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count() * 1e-3
      << "ms"
      << std::endl;
}

int main()
{
  derived1 d1;
  derived2 d2;
  vfunc(d1);
  non_vfunc(d1);
  funcptr(d1, derived1::func);
  vfunc(d2);
  non_vfunc(d2);
  funcptr(d1, derived2::func);
  return 0;
}

	g++-8	clang++
vfunc(d1)	1511.62ms	1791.4ms
non_vfunc(d1)	1245.71ms	1671.74ms
funcptr(d1,略)	1502.68ms	1651.72ms
vfunc(d2)	1514.37ms	1787.41ms
non_vfunc(d2)	1267.34ms	1707.33ms
funcptr(d2,略)	1495.54ms	1654.25ms

g++ も clang++ も、測定できるほどの差がある。
比率としては、g++ で 20%、clang++ で 5% ほど。ループを回すのに必要なコストも入っていることに注意。

g++ の場合は 仮想関数と関数へのポインタは同じぐらいの時間。
しかし意外にも。clang++ の場合、仮想関数の方が関数へのポインタより遅い。そういうもんか。アセンブラ見たほうがいいかなぁ。

いずれにせよ。

• 仮想関数でなくても良い関数は、仮想にすべきではない。

という原則は守ったほうが良い。

蛇足。C++14 になっているのは、1'000'000'000 って書きたかったから。そんだけ。