空函数的参数是否加载到缓存中?

Are arguments loaded into the cache for empty functions?

本文关键字：缓存 加载 是否 函数 参数      更新时间：2023-10-16

我知道C++编译器会优化空(静态(函数。

基于这些知识，我写了一段代码，每当我定义一些标识符(使用编译器的-D选项(时，都应该对其进行优化。 考虑以下虚拟示例：

#include <iostream>
#ifdef NO_INC
struct T {
static inline void inc(int& v, int i) {}
};
#else
struct T {
static inline void inc(int& v, int i) {
v += i;
}
};
#endif
int main(int argc, char* argv[]) {
int a = 42;
for (int i = 0; i < argc; ++i)
T::inc(a, i);
std::cout << a;
}

所需的行为如下： 每当定义NO_INC标识符(编译时使用-DNO_INC(时，所有对T::inc(...)的调用都应该被优化掉(由于函数体为空(。否则，对T::inc(...)的调用应触发某个给定值的增量i。

我有两个关于这个问题的问题：

  1. 当我指定-DNO_INC选项时，对T::inc(...)的调用不会对性能产生负面影响，因为对空函数的调用已优化，我的假设是否正确？
  2. 我想知道变量(a和i(在调用T::inc(a, i)时是否仍然加载到缓存中(假设它们还没有(，尽管函数体是空的。

感谢您的任何建议！

编译器资源管理器是一个非常有用的工具，用于查看生成的程序的程序集，因为没有其他方法可以确定编译器是否优化了某些内容。演示。

通过实际递增，您的main如下所示：

main:                                   # @main
push    rax
test    edi, edi
jle     .LBB0_1
lea     eax, [rdi - 1]
lea     ecx, [rdi - 2]
imul    rcx, rax
shr     rcx
lea     esi, [rcx + rdi]
add     esi, 41
jmp     .LBB0_3
.LBB0_1:
mov     esi, 42
.LBB0_3:
mov     edi, offset std::cout
call    std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >::operator<<(int)
xor     eax, eax
pop     rcx
ret

如您所见，编译器完全内联了对T::inc的调用，并直接执行递增。

对于空T::inc，您将获得：

main:                                   # @main
push    rax
mov     edi, offset std::cout
mov     esi, 42
call    std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >::operator<<(int)
xor     eax, eax
pop     rcx
ret

编译器优化了整个循环！

当我指定-DNO_INC选项时，对t.inc(...)的调用不会对性能产生负面影响，因为对空函数的调用已优化，我的假设是否正确？

是的。

如果我的假设成立，它是否也适用于更复杂的函数体(在#else分支中(？

不，对于"复杂"的某些定义。编译器使用启发式方法来确定内联函数是否值得，并以此为基础做出决定，而不是基于其他任何内容。

我想知道当调用t.inc(a, i)时变量(a和i(是否仍然加载到缓存中(假设它们还没有(，尽管函数体是空的。

不，如上所述，循环甚至不存在。

当我指定 -DNO_INC 选项时，对 t.inc(...( 的调用不会对性能产生负面影响，因为对空函数的调用得到了优化，我的假设是否正确？如果我的假设成立，它是否也适用于更复杂的函数体(在 #else 分支中(？

你是对的。我已经在编译器资源管理器中修改了您的示例(即删除了使程序集混乱的 cout(，以使发生的事情更加明显。

编译器优化了所有内容

main:                                   # @main
movl    $42, %eax
retq

只有 42 个在 eax 中被引线并返回。

但是，对于更复杂的情况，需要更多的指令来计算返回值。看这里

main:                                   # @main
testl   %edi, %edi
jle     .LBB0_1
leal    -1(%rdi), %eax
leal    -2(%rdi), %ecx
imulq   %rax, %rcx
shrq    %rcx
leal    (%rcx,%rdi), %eax
addl    $41, %eax
retq
.LBB0_1:
movl    $42, %eax    
retq

我想知道当调用 t.inc(a， i( 时变量(a 和 i(是否仍然加载到缓存中(假设它们还没有(，尽管函数体是空的。

仅当编译器无法推断它们未使用时，才会加载它们。请参阅编译器资源管理器的第二个示例。

顺便说一句：你不需要制作 T 的实例(即T t;(，以便调用类中的静态函数。这是违背目的。称它为比t.inc(...)T::inc(...)拉赫特.

因为使用了inlinekeword，所以你可以安全地假设 1。使用这些函数不应对性能产生负面影响。

运行代码

g++ -c -Os -g

objdump -S

证实了这一点;摘录：

int main(int argc, char* argv[]) {
T t;
int a = 42;
1020:   b8 2a 00 00 00          mov    $0x2a,%eax
for (int i = 0; i < argc; ++i)
1025:   31 d2                   xor    %edx,%edx
1027:   39 fa                   cmp    %edi,%edx
1029:   7d 06                   jge    1031 <main+0x11>
v += i;
102b:   01 d0                   add    %edx,%eax
for (int i = 0; i < argc; ++i)
102d:   ff c2                   inc    %edx
102f:   eb f6                   jmp    1027 <main+0x7>
t.inc(a, i);
return a;
}
1031:   c3                      retq

(为了更好的可读性，我用 return 替换了 cout(

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