虚函数调用始终比普通函数调用快。为什么？

Question

我编写了以下程序来测试我的机器上虚拟功能的成本：

#include <iostream>
#include <ctime>
#define NUM_ITER 10000000000
//   5 seconds = 1000000000

static volatile int global_a;

void spin()
{
    int a = global_a;
    int b = a*a;
    int c = a+5;
    int d = a^b^c;
    global_a = b*d;
}

struct A {
    virtual void a() = 0;
};

struct B : A {
    virtual void a() { spin(); }
};

struct C : A {
    virtual void a() { spin(); }
};

void run_A1(A* a)
{
    a->a();
}

void run_A(A* a)
{
    for (long long i = 0; i < NUM_ITER; i++) {
        run_A1(a);
    }
}

void run()
{
    for (long long i = 0; i < NUM_ITER; i++) {
        spin();
    }
}

int main()
{
    global_a = 2;

    A* a1 = new B;
    A* a2 = new C;

    std::clock_t c_begin, c_end;

    c_begin = std::clock();
    run_A(a1);
    c_end = std::clock();

    std::cout << "Virtual | CPU time used: "
              << 1000.0 * (c_end-c_begin) / CLOCKS_PER_SEC
              << " ms\n";

    c_begin = std::clock();
    run_A(a2);
    c_end = std::clock();

    std::cout << "Virtual | CPU time used: "
              << 1000.0 * (c_end-c_begin) / CLOCKS_PER_SEC
              << " ms\n";

    c_begin = std::clock();
    run();
    c_end = std::clock();

    std::cout << "Normal  | CPU time used: "
              << 1000.0 * (c_end-c_begin) / CLOCKS_PER_SEC
              << " ms\n";

    delete a1;
    delete a2;
}

结果与我的预期相反：虚函数始终更快。例如，这是我使用NUM_ITER = 10000000000 得到的输出之一：

Virtual | CPU time used: 49600 ms
Virtual | CPU time used: 50270 ms
Normal  | CPU time used: 52890 ms

通过对生成的汇编文件的分析，我可以确认编译器没有优化出任何重要的东西。我使用 GCC-4.7 和以下选项：

g++ -O3 -std=c++11 -save-temps -masm=intel -g0 -fno-exceptions -fno-inline test.cc -o test

为什么虚函数调用更快？或者为什么非虚拟函数调用更慢？分支预测器变得这么好了吗？或者也许它只是我的机器。也许有人也可以测试并发布他的时间安排？

Answer 1

在每次调用run()之前尝试重置global_a：

void run()
{
    global_a = 2;

    ...
}

void run_A(A *a)
{    
    global_a = 2;

    ...
}

不确定这是否有任何影响，但并非所有数学运算都花费相同的时间！

Answer 2

编译器可能足够聪明，可以看到虚函数调用全局函数spin() 并对其进行去虚拟化。这些调用可能也会被内联。

检查this。