Devirtualization and TDD

Devirtualization (去虛擬化)

Devirtualization 是 C++ 編譯器的一種最佳化，舉個例子：

struct foo {
  virtual ~foo() {}
  virtual int bar() = 0;
};

struct food : foo {
  int bar() final { return 2; }
};

struct fool : foo {
  int bar() override { return 3; }
};

int test(food& f) { return f.bar(); }
int test(fool& f) { return f.bar(); }

test(food& f) 用 -O2 編譯後產生的組語是

test(food&):
        mov     eax, 2
        ret

而 test(fool& f) 則產生

test(fool&):
        mov     rax, QWORD PTR [rdi]
        mov     rax, QWORD PTR [rax+16]
        cmp     rax, OFFSET FLAT:fool::bar()
        jne     .L6
        mov     eax, 3
        ret
.L6:
        jmp     rax

差別在於前者用了 final 而後者使用 override，final 可以告訴編譯器 food::bar 不會再被衍生型別覆寫，因此不需要查找 vtable 而直接呼叫 food::bar 。

final 也可以用來敘明類別不會被其他類別繼承。例如：

struct foot final : foo { /* impl */ };

以上可以發現，能套用 devirtualization 的情況，只有在型別已經確定的時候，比如 test(food&) 已經確定接收的是一個 food& 型別，而不是 foo& 這個抽象型別。

Test-Driven-Development (TDD)

假設我們想為上面的 test(food&) 撰寫測試碼，就出現了兩難：我們想改寫 food::bar 的行為以進行測試，然而這樣一來就違背了 final 的語意而造成編譯錯誤；若將介面改成 test(foo&) 則失去了 devirtualization 的最佳化效果。

在目前的標準規格下，或許最簡單的補救方法是使用條件編譯

#if ENABLE_TEST
#define TESTABLE_FINAL override
#else
#define TESTABLE_FINAL final
#endif

struct food : foo {
  int bar() TESTABLE_FINAL { return 2; }
};

來讓下面的測試用程式合法

struct foodTest : food {
  int bar() override { return 9; }
}

不過 macro 降低了可讀性，條件編譯也需要重新編譯才能測試，或許哪天標準會考慮加入

struct foodTest; // forward declaration
struct food : foo {
  int bar() final_except(foodTest) { return 9; }
};

或者改用 attribute 的方式

struct foodTest; // forward declaration
struct food : foo {
  [[final_except(foodTest)]]
  int bar() { return 9; }
};

通知編譯器允許 foodTest 覆寫 food::bar。

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