C++模板传入虚成员函数时如何实现非虚直接调用

问题根因 #

你遇到的是C++的标准行为：通过虚成员函数指针调用函数时，默认会触发虚机制走虚表查找，实现多态调用。这是因为取&Test::func得到的虚成员函数指针，本质存储的是虚表的槽位偏移而非函数直接地址，调用时会自动走虚表查找流程。
而你写a->Test::func()时，显式指定了Test::作用域，编译器会跳过虚表查找，直接调用Test类的func实现，也就是你想要的非虚调用。

解决方案 #

要让模板内的调用也走非虚逻辑，只需要在调用时显式指定所属类的作用域，强制编译器跳过虚表查找即可。
首先通过类型萃取工具，从成员函数指针中提取它所属的类类型：

// 类型萃取：从成员函数指针中提取所属类
template <typename T>
struct member_func_traits;

template <typename Ret, typename Class, typename... Args>
struct member_func_traits<Ret (Class::*)(Args...)> {
    using class_type = Class;
    using return_type = Ret;
};

// 可根据需要补充const、volatile、引用限定版本的特化

然后修改foo模板，调用时加上类作用域限定：

template <auto F, typename T>
void foo(T* instance) {
    using Class = typename member_func_traits<decltype(F)>::class_type;
    // 显式加Class::限定，强制非虚调用
    (static_cast<Class*>(instance)->Class::*F)();
}

完整测试代码 #

#include <cstdio>

class Test {
public:
    virtual void func() {
        printf("foo\n");
    }
};

// 类型萃取
template <typename T>
struct member_func_traits;

template <typename Ret, typename Class, typename... Args>
struct member_func_traits<Ret (Class::*)(Args...)> {
    using class_type = Class;
};

template <auto F, typename T>
void foo(T* instance) {
    using Class = typename member_func_traits<decltype(F)>::class_type;
    (static_cast<Class*>(instance)->Class::*F)();
}

int main() {
    auto a = new Test;

    a->Test::func(); // 直接非虚调用

    auto f = &Test::func;
    (a->*f)(); // 虚调用

    foo<&Test::func>(a); // 现在是和a->Test::func()完全一致的非虚调用
}

如果你使用C++20及以上版本，也可以直接传入包装了非虚调用的无捕获lambda作为模板参数，写法更灵活：

template <auto Callable, typename T>
void foo(T* instance) {
    Callable(instance);
}

// 调用时直接包装非虚逻辑
foo<[](Test* t) { t->Test::func(); }>(a);

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mat