C++ 中高效的运行时间类型检查

Question

我有两个 class 命名为 'Expression' 和 'BinExp'，代码如下：

class Expression
{
public:
    virtual BinExp* IsBinaryExp() { return NULL; }
};
class BinExp : public Expression
{
public:
    virtual BinExp* IsBinaryExp() { return this; }
};

例如，我有一个 Expression* 类型的指针变量，但初始化为 new BinExp 并作为参数发送给 analyse 函数，如下代码：

int main()
{
    Expression* e = new BinExp;
    analyse(e);
}

在analyse函数中，我需要知道e是指向Expression类型还是BinExp类型的指针。在我手上，有三种方法可以做到这一点。

第一个：

BinExp* be = e->IsBinaryExp();
if ( be )
{
    printf("Yes, `e` is a binary expression\n");
}

第二个：

BinExp* be = dynamic_cast<BinExp*>(e);
if ( be )
{
    printf("Yes, `e` is a binary expression\n");
}

第三个：

if ( typeid(*e) == typeid(BinExp) )
{
    BinExp* be = e->IsBinaryExp(); // or dynamic_cast<BinExp*>(e);
    printf("Yes, `e` is a binary expression\n");
}

但我想知道当我需要在性能很重要的循环中频繁执行检查时，这些方法中的哪一种（或任何其他方法）会更有效。我将不胜感激任何建议。

Answer 1

最快的方法是保留一个成员变量，比如一个枚举，然后在基 class 中定义一个内联 getter，然后您可以比较结果是否符合您的预期。

示例（未编译，可能会出现一些错误）：

  enum eExpTypes {
        ET_UNDEFINED,
        ET_BINARY
  }
  class Expresion
  {
      protected:
            eExpTypes myType;
      public:
            Expresion(): myType(ET_UNDEFINED){};
            inline eExpTypes getType(){return myType;};
  }

  class BinExpresion : public Expresion
  {
     public:
            BinExpresion():myType(ET_BINARY){};
  }

性能提升：

你将取出两个独立项：从指针到 vfptable，从 vfptable 到函数
如果类型函数是唯一的虚函数，你的 class 大小会更小

动态转换通常比创建您自己的类型检查机制慢，因此对于您的 3 个示例，第一个应该是最快的。

Answer 2

最快的是：

e->printIsBinExp();

你在哪里创建打印或者是 noop 的虚拟方法。

我只是在开玩笑。 virtual 方法的要点是封装不同类型对特定方法的处理 - 而不是编写程序来仅对不同运行时类型可能是什么进行运行时切换。

假设 dynamic_cast 最快。然后你会写：

if (BinExp* be = dynamic_cast<BinExp*>(e)) {
    // ...
}
else if (UnExp* ue = dynamic_cast<UnExp*>(e)) {
    // ...
}
else if (TernExp* te = dynamic_cast<TernExp*>(e)) {
    // ...
}

希望不会。该代码将非常脆弱。您肯定会想出这样的设计：

e->eval();

作为单个 virtual 调用就做正确的事情。

Answer 3

3号最优雅

要找出是否最有效或哪个最有效，可以使用一些简单的代码来测量每种情况的执行时间...

#include <iostream>
#include <chrono>

/*
Case
*/

int main()
{
    const clock_t begin_time = clock();
    // Case
    std::cout << float(clock() - begin_time) / CLOCKS_PER_SEC;

    system("pause");
    return 0;
}

C++ 中高效的运行时间类型检查

Efficient run-time type checking in C++

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