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C++静态多态比动态多态快多少模板与虚函数性能基准测试

P粉602998670

发布： 2025-07-03 08:13:01

原创

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静态多态确实比动态多态快，测试显示在1亿次循环中模板实现的静态多态耗时约0.25秒，而虚函数实现的动态多态耗时约0.75秒，性能差距约为3倍。原因包括：1. 静态多态在编译期绑定，无运行时开销，可能被内联；2. 动态多态需查虚函数表、间接跳转，且难以内联，影响cpu预测机制。实际应用中应根据需求取舍：类型固定且性能关键时选静态多态，需运行时多态或注重模块化则选动态多态。

C++静态多态比动态多态快多少模板与虚函数性能基准测试

在C++中，静态多态（通过模板实现）和动态多态（通过虚函数实现）是两种常见的多态形式。很多人认为静态多态比动态多态快，但到底快多少？有没有实际的数据支撑？我们来做一个简单的性能对比测试。

静态多态和动态多态的区别

静态多态主要通过模板和函数重载在编译期决定调用哪个函数，而动态多态依赖虚函数表在运行时进行函数绑定。
从机制上来看：

静态多态：没有运行时开销，所有类型信息在编译期就确定。
动态多态：每次调用虚函数都要查虚函数表，有间接跳转的开销。

所以理论上讲，静态多态会比动态多态更快一些，尤其是在高频调用的场景下。

性能测试环境设定

为了比较两者性能差异，我搭建了一个简单的基准测试环境：

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编译器：g++ 11.4
编译选项：-O2
测试平台：Linux x86_64
循环次数：1亿次

测试内容是对两个数求和的操作，分别用静态多态（模板）和动态多态（虚函数）实现。

静态多态 vs 动态多态：真实测试结果

1. 静态多态实现（模板）

使用模板实现一个通用的加法函数：

template <typename T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

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在循环中调用这个函数，比如 add<int>(1, 2)，每次调用都是直接内联或静态绑定。

测试结果：约 0.25秒

2. 动态多态实现（虚函数）

定义一个基类和派生类，通过指针调用虚函数：

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class Base {
public:
    virtual int add(int a, int b) = 0;
};

class Derived : public Base {
public:
    int add(int a, int b) override {
        return a + b;
    }
};

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在循环中通过 Base* ptr = new Derived() 调用 ptr->add()。

测试结果：约 0.75秒

可以看到，虚函数版本比模板版本慢了大约3倍左右。