C++ 中的优化技巧——虚函数anchor()
#LLVM#Clang#C++ 2024-01-18

在Clang中，很多类都有这么一个虚函数： 

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virtual void anchor();

查阅LLVM Coding Standards，得到如下解释：

If a class is defined in a header file and has a vtable (either it has virtual methods or it derives from classes with virtual methods), it must always have at least one out-of-line virtual method in the class. Without this, the compiler will copy the vtable and RTTI into every .o file that #includes the header, bloating .o file sizes and increasing link times.

在 Clang 和 LLVM 的代码中，有时会看到一个空的虚函数 virtual void anchor();，其存在的主要目的是优化编译器生成的代码，具体来说是避免多个 .o 文件中重复生成虚表（vtable）和运行时类型信息（RTTI）。这是一种遵循 LLVM 编码标准的优化策略。

根据 LLVM 编码标准中的解释，定义在头文件中的类，如果包含虚函数或继承自具有虚函数的类，那么该类必须有至少一个 out-of-line（非内联）的虚函数实现。原因是：

  1. 虚表（vtable）和 RTTI 的重复：如果一个类的所有虚函数都在头文件中定义，编译器会在每个包含该头文件的 .o 文件中都生成一份虚表和 RTTI。这会导致：
    • .o 文件的大小变大。
    • 链接时间增加，因为每个 .o 文件都有相同的虚表和 RTTI，链接器需要处理这些重复的内容。
  2. 避免膨胀：通过提供一个 out-of-line 的虚函数（即该函数的实现放在 .cpp 文件中，而非直接在头文件中定义），编译器能够确保虚表和 RTTI 只在一个地方生成，从而避免重复和膨胀。

在很多情况下，这个 out-of-line 的虚函数会是一个空实现，如 virtual void anchor();，它的唯一目的就是提供这个 out-of-line 定义。这样做的好处是简化了类的定义，同时达到了优化编译结果的目的。

为了避免这个问题，有以下建议:

  • 如果一个头文件类有vtable，那么在类中至少定义一个非内联的虚函数。
  • 将vtable相关的类定义在cpp文件中，而不是头文件中。
  • 将有vtable的类的定义分割成头文件中的声明和cpp文件中的定义。