C/C++ 中常量优化的函数调用

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如果你有带有常量的函数调用,它没有副作用,并且不依赖于任何东西,如下所示:

int foo(int a,int b)
{         
  返回a+b;   
}

函数是否内联?或者,也许函数是在编译时求值的,并插入求值结果来代替函数调用?

c++ c optimization
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我尝试使用相当旧的 gcc 来编译它 -

#include <iostream>

int foo(int a,int b)
{
    return a+b;
} 


int main()
{
    std::cout << foo(100, 123) ;
}

主要编译到此-

LFB1439:
    subq    $8, %rsp
.LCFI1:
    movl    $223, %esi
    movl    $_ZSt4cout, %edi
    call    _ZNSolsEi
    xorl    %eax, %eax
    addq    $8, %rsp
    ret

因此它在编译时编译了加法,得到 223。

显然,结果取决于您的代码和编译器,但这表明它可以并且可以在编译时内联和计算加法(如果可以的话)。


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C++ 中没有。它们不会像那样在编译时执行 - 除非编译器神奇地执行它。但是,这不能强迫。

但是,对于 C++11,您可以使用

constexpr
来确保它在编译时进行评估,例如:

constexpr int get_five() {return 5;}

因此,您可以将函数重写为:

constexpr int foo(int a,int b)
{         
  return a+b;   
}

请注意,如果该函数的参数并不总是恒定,您不必担心。

来自维基百科:

如果使用 constexpr 函数或构造函数调用以下参数 不是常量表达式,调用的行为就像函数是 不是 constexpr,并且结果值不是常量表达式。 同样,如果 constexpr 的 return 语句中的表达式 函数不会计算为特定的常量表达式 调用,结果不是常量表达式。

这意味着

foo(1,1)
将是恒定的,但是:

int i,j;
cin >> i >> j;
foo(i,j) // this is not constant

参考:http://en.wikipedia.org/wiki/C%2B%2B11#constexpr_-_Generalized_constant_expressions


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如果您在头文件中定义它,那么它很有可能被内联。如果您使用整型编译时常量作为其参数,那么编译器应该能够在编译时执行该函数。

即使没有这样的保证,您也应该相信您的编译器。他们非常擅长优化你的代码。如果要确保函数在编译时执行,可以添加

constexpr
重载(仅限 C++11):

constexpr int foo(int a,int b){
    return a+b;
}

我尝试过以下片段:

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    return add(5, 2);
}

当使用 GCC 和 -O3 标志编译时,它会被编译为:

0x08048300 <+0>:    mov    $0x7,%eax
0x08048305 <+5>:    ret

因此,你可以看到它实际上是在编译时执行的。


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是否执行此类优化不是 C 和 C++ 语言的定义部分。本质上,只要生成的代码根据源代码有效,编译器就可以自由地进行它认为合适的优化。在一般情况下,在更高的优化级别,此调用可以是内联的,或者如果调用站点始终传入常量(编译时已知的值),则可以在编译时计算结果,并且完全避免任何运行时开销。

优化编译器选择不内联函数的一般情况是:

  • 递归函数
  • 当它更看重大小而不是速度时,或者内联会极大地扭曲最终二进制文件的大小时

还有一个需要注意的问题是内联会改变函数的链接。

使用

-O3
在 GCC 和 G++ 上编译以下 C 代码:

int foo(int a, int b) {
    return a+b;
}

int main(void)
{
    return foo(1, 2);
}

产生以下汇编代码:

00000000004004e0 <main>:
main():
  4004e0:       b8 03 00 00 00          mov    $0x3,%eax
  4004e5:       c3                      retq

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您可以检查程序集列表以查看它是否被内联,但如前所述,它是特定于编译器的。


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这取决于编译器和优化设置,但一般来说,您可以假设当您打开至少一点优化时,任何足够高级的编译器都会内联这样一个简单的函数。

当你想确保函数是内联的时,你总是可以使用 inline 关键字来声明它:

inline int foo(int a,int b){
    return a+b;
} 

但通常应该避免这种善意的提示,因为大多数编译器比大多数程序员更擅长决定内联哪些函数。


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如何在编译时计算该函数的可能场景:
1) 在内联优化阶段之一期间编译器内联

foo
函数。
2) 在常量传播优化阶段,编译器可以“传播”编译时已知的变量值,即常量和常量表达式。

注意:在看到程序的汇编代码之前,您永远不会确切地知道该函数是否是内联的。即使您使用

inline
说明符。编译器可能会忽略此说明符或没有此说明符的内联函数。

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