优化虚函数调用性能：解决循环中Animal::f1(int)调用瓶颈

问题背景 #

需要优化虚函数Animal::f1(int)的调用性能（非过早优化）。Animal::f1(int)是纯虚函数，由Dog、Cat、Murderous_Hippo等多个派生类实现。实际场景中f1()作为高CPU负载的回调函数，始终通过基类指针调用（如animal->f1(something)），而非派生类直接调用。

性能分析显示，频繁调用animal->f1(int)仅在如下嵌套循环场景中成为性能瓶颈：

for(Animal* animal : allAnimalInTheWorld){
    for(int i : intArraySizeAround1000){
        animal->f1(i);
    }
}

已尝试的解决方案 #

方案1：批量调用封装（速度快但维护成本高） #

将回调逻辑封装为接收数组的函数，通过std::function实现批量调用。调用animal->f2(vector_of_int)可提升性能，但每个派生类必须手动调用regg<T>()，维护难度大。伪代码如下：

class Animal{
    public: virtual void f1(int)=0;
    public: std::function<void(const std::vector<int>& v)> f2;
    public: template<class T> void regg(){  
        f2=[&](const std::vector<int>& v){   ///<=== 以数组作为参数传递
            for(auto i:v){
                 static_cast<T*>(this)->f1(i);   ///<=== 性能提升显著
            }
        };
    };
};
class Dog final : Animal{
    public: Dog(){  Animal::regg<Dog>(); }
};

方案2：deducing this技术（无效） #

尝试使用deducing this技术自动注册回调，但由于Animal构造时无法识别自身为Dog实例，方案失效。MCVE示例如下：

#include <iostream>
#include <functional>
class Animal{
    public: virtual void f1(int)=0;
    public: std::function<void(const std::vector<int>& v)> f2;
   
    ///: "deducing this" 技术（此场景下无效）
    public:  template <typename Self> void myReg(this Self&& self)   {
        std::cout<<"Animal::myReg ini self=" 
           <<typeid(decltype(self)).name() <<std::endl;
        self.f2=[&](const std::vector<int>& v){
            for(auto ele:v){
                 self.f1(ele);
            }
        };
    }
    int s=(myReg(),-12);
};

class Dog  final : public Animal{public:
    virtual void f1(int param){
        std::cout<<(param+1)<<std::endl; 
       ///: 一些关于param的快速但复杂的逻辑
    }
};
int main(){
    Dog d;       /// 输出 "self=class Animal"，不符合预期
}

需求 #

寻求一种无需在派生类中添加额外维护代码的方案，解决循环中f1()调用的性能问题。注：CRTP方案虽有效，但维护成本与方案1相近，不考虑。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者cppBeginner