C++的"内联" - 对GCC和Clang/LLVM有多强烈的暗示？

Question

在C++中,关键字"inline"有两个用途.首先,它允许定义出现在多个翻译单元中.其次,它提示编译器应该在编译的代码中内联函数.

我的问题:在代码由GCC和锵/ LLVM产生,并关键字"内联"有任何一个功能是否被内联轴承？如果是,在什么情况下？或者暗示完全被忽略了？请注意,这不是语言问题,而是特定于编译器的问题.

Answer 1

[警告:不是C++/GCC大师]你想在这里阅读内联.

此外,对于GCC/C99.

使用内联函数说明符的建议的有效程度(C99 6.7.4).

• 如果使用-fno-inline选项或使用-O0,GCC将不会内联任何函数.否则,海湾合作委员会可能由于多种原因仍然无法内联功能; -Winline选项可用于确定函数是否未内联,为什么不.

因此,除非使用您的编译器设置(如-fno-inline或-O0),否则编译器会接受提示.我不能评论Clang/LLVM(或真正的GCC).

-Winline如果这不是代码高尔夫问题,我建议使用,你需要知道发生了什么.

Answer 2

来自gcc的一个有趣的解释:内联函数与宏一样快:

由于各种原因,某些调用无法集成(特别是,无法集成函数定义之前的调用,也无法在定义中进行递归调用).如果存在非集成调用,则该函数将像往常一样编译为汇编代码.如果程序引用其地址,则必须像往常一样编译该函数,因为无法内联.

请注意,函数定义中的某些用法可能使其不适合内联替换.这些用法包​​括:使用varargs,使用alloca,使用可变大小的数据类型(请参阅可变长度),使用计算goto(请参阅标签作为值),使用非本地goto和嵌套函数(请参阅嵌套函数).当标记为内联的函数无法替换时,使用-Winline将发出警告,并将给出失败的原因.

根据ISO C++的要求,GCC认为在类的主体内定义的成员函数被标记为内联,即使它们没有使用inline关键字显式声明.您可以使用-fno-default-inline覆盖它; 请参阅控制C++方言的选项.

除非为函数指定`always_inline'属性,否则GCC不会在不优化时内联任何函数,如下所示:

 /* Prototype.  */
 inline void foo (const char) __attribute__((always_inline)); The remainder of this section is specific

到GNU C90内联.

当内联函数不是静态的时,编译器必须假定可能存在来自其他源文件的调用; 由于全局符号只能在任何程序中定义一次,因此不能在其他源文件中定义该函数,因此无法集成其中的调用.因此,非静态内联函数总是以通常的方式自行编译.

如果在函数定义中同时指定了inline和extern,则该定义仅用于内联.在任何情况下,函数都不会自行编译,即使您明确地引用其地址也是如此.这样的地址成为外部引用,就像您只声明了该函数一样,并且没有定义它.

内联和外部的这种组合几乎具有宏的效果.使用它的方法是将函数定义放在带有这些关键字的头文件中,并将定义的另一个副本(缺少内联和外部)放在库文件中.头文件中的定义将导致对函数的大多数调用进行内联.如果函数的任何使用仍然存在,则它们将引用库中的单个副本.

Answer 3

通过阅读 GCC 和 LLVM 项目的代码可以收集到很多关于这方面的信息。这是通过直接阅读代码收集的一些信息。（注意：这不一定是完全全面的，也没有列出inline影响内联的每一个细节的每一种方式，它只是给出其中大部分的概述）

此信息是从 GCC 和 LLVM 截至 2021 年 11 月 13 日的当前开发 HEAD 收集的，因此将来可能不是最新的。

海湾合作委员会方面：

• 当（由 隐含）和（由 隐含）均未指定时， GCC 不会考虑未声明inline为早期内联的函数-finline-small-functions-O2-finline-functions-O2
• 当调用者没有尝试内联针对大小进行优化的函数时， GCC 不会考虑未声明的函数inline，并且内联不会缩小调用者
• GCC 的去虚拟化时间奖励计算将考虑声明inline为稍好的函数，除非它们也在内联函数指令阈值之下（即max-inline-insns-auto，稍后解释）（代码很复杂，所以我在这里对它到底做了什么有点模糊）
• GCC 的内联使用“badness”作为启发式来确定首先内联哪些边。声明的函数的inline“坏度”值将除以 8，这样它们更有可能首先被内联
• GCC 的 insns 限制（即“指令计数”启发式尝试计算一条指令将采用多少条指令并将其与限制进行比较）将使用在max-inline-insns-auto函数未声明为内联时在更多情况下调用的参数值（尽管我可以看看情况并非如此，例如当 GCC 的启发式认为“加速似乎很大”时）：该值默认为 15，而该值max-inline-insns-single在指定 inline 时使用，并且有一个默认值70，这意味着声明内联的函数可以在比 GCC 考虑的未声明内联的函数大 4.6 倍时内联（注意：前面的超链接只是所使用的这些限制的最重要的示例，它们其他一些地方也有应用）
• inline如果未声明且未指定 -finline-small-functions （由 -O2 暗示），GCC 将不会拆分函数
• 另请注意，GCC 通常不会inline在没有-finline-functions（包含在-O2）的情况下调查内联非函数，除非它们非常短，在这种情况下它只需要-finline-short-functions（包含在-O2）
• 代码中有一些内容我无法完全理解，但似乎在某些方面影响内联

在 LLVM 方面：

• 声明的函数inline将具有inlinehint由 Clang 附加到 LLVM 字节码函数的属性
• 当尝试确定内联的阈值时，它将使用函数inlinehint-threshold的值inlinehint，默认值为 325，否则它将使用其他东西（例如调用点是热还是冷以及其他类似的东西），并且如果没有找到其他内容，将使用该inlinedefault-threshold值，默认值为 225。该值与 LLVM 计算的启发式进行比较，LLVM 将为每个函数调用计算内联给定函数的成本，如果该值小于阈值，则该函数将被内联，这意味着 inlinehint 本质上会减少内联的成本。 LLVM 中内联函数的成本约为 1.44
• 当计算函数的“合成条目计数”时，inlinehint 将使 LLVM 使用 inline-synthetic-count（默认值为 15）作为初始值（较高的计数有利于某种形式的内联，具体如何使用，我不知道）确实如此），否则它会使用 0

换句话说，对于 GCC 和 Clang 来说，这看起来都是相当强烈的暗示。