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周知内联是为了消除函数调用的代价,即四大指令序列:调用前序列、被调者起始序列、被调者收尾序列、返回后序列。它们通常对应到体系结构调用者保存/恢复寄存器集合与被调者保存/恢复寄存器集合之约束。这个本质也是内联的前提。试问如果有某体系结构比如S,它任意深度的函数调用代价几乎为零,那么显然内联是没意义没必要的。但是S可能存在吗?我认为不太可能。因为机器的资源比如寄存器集数量与堆栈空间是有限的,且调用需要知晓上下文,所以不能够支持任意深度的调用,但是可以支持有限深度比如4层调用,这4层调用代价几乎为零,假设再来一层,那么第5层调用代价就不为零了,这时如果内联第5层就变成4层调用,代价又几乎为零。综上所述,内联无论在何种体系结构,即使在一定深度内没意义也不会破坏性能。

体系结构直接影响程序性能。主要体现在指令集、寄存器、cache三块。它们对于编译器实现代码优化必须都考虑,尤其cache比如内联优化、循环展开、基本块布局、函数重排,如果不是因为有cache这玩意,内联优化的复杂性会大为降低,因为不用考虑代码膨胀引起的副作用即cache缺失,只要评估函数的指令数与动态执行消耗的关系,指令数很少但执行耗费很多时钟周期的,则不宜内联,尤其函数为非叶子结点;指令数很多但执行耗费较少的,则可仅内联其中的快速路径代码。因现实存在cache这玩意,就必须权衡代码膨胀带来的副作用,是否能接受一定的膨胀,需要精确评估,构建函数调用频率与其静态调用位置的矩阵,计算收益比如平均执行一次的耗时是否减少,若收益为正且明显则可内联,否则不宜内联。

有些编译器为了简单处理,不会内联带静态变量的函数哪怕指令数很少,或者内联不太正确比如LLVM(详见下文)。其实单从技术上可以做到,不过要复杂些,复杂在于链接器的协作。为了保证函数级静态变量的语义,编译时要预留全局唯一标志与构造函数的占位符,在调用者体内插入对全局唯一标志的(位)判断(标志字的一位对应一个静态变量,表明是否已构造或初始化赋值)、构造函数调用/初始化赋值、置位标志,而链接时要确定全局唯一标志及构造函数的地址。静态变量、全局唯一标志放于可执行文件的数据区,全局唯一构造/初始化及析构函数放于代码区,具体布局位置可以灵活,比如. data. static_obj,. text. obj. ctor/dtor。如果这种函数性能影响较大需要内联优化,而编译器不支持,有个替代的办法是用全局变量或文件/类级别的静态变量,辅以对应标志处理一次性构造或初始化赋值(必要时将这处理封装为一个函数以确保目标函数被内联),可达到同样效果不足之处是作用域扩大了。

关于LLVM对于带静态变量的函数之内联的测验结果












posted on 2023-11-16 23:32 春秋十二月 阅读(147) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: Compiler

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