避免 gcc 函数序言开销？

Question

我最近遇到了很多 gcc 在 x86 上生成非常糟糕的代码的函数。它们都符合以下模式：

if (some_condition) {
    /* do something really simple and return */
} else {
    /* something complex that needs lots of registers */
}

将简单的情况想象成如此之小，以至于一半或更多的工作都花在了压入和弹出根本不会被修改的寄存器上。如果我手动编写 asm，我会在复杂情况下保存和恢复保存的跨调用寄存器，并在简单情况下完全避免接触堆栈指针。

有什么方法可以让 gcc 变得更聪明一点，并且自己来做这件事吗？最好使用命令行选项，而不是源代码中的丑陋黑客......

编辑：具体来说，这里有一些非常接近我正在处理的一些功能：

if (buf->pos < buf->end) {
    return *buf->pos++;
} else {
    /* fill buffer */
}

还有一个：

if (!initialized) {
    /* complex initialization procedure */
}
return &initialized_object;

还有一个：

if (mutex->type == SIMPLE) {
    return atomic_swap(&mutex->lock, 1);
} else {
    /* deal with ownership, etc. */
}

编辑 2：我应该首先提到：这些函数不能内联。它们具有外部链接，它们是库代码。允许它们在应用程序中内联会导致各种问题。

Answer 1

我会这样做：

static void complex_function() {}

void foo()
{
    if(simple_case) {
        // do whatever
        return;
    } else {
        complex_function();
    }
}

编译器我坚持内联complex_function()，在这种情况下你可以使用它的noinline属性。

Answer 2

也许升级你的 gcc 版本？ 4.6 刚刚发布。据我了解，它具有“部分内联”的可能性。也就是说，函数的易于集成的外部部分被内联，而昂贵的部分被转换为调用。但我不得不承认我自己还没有尝试过。

编辑：我在 ChangeLog 中引用的声明：

现在支持部分内联，并且 默认情况下在 -O2 或更高时启用。 该功能可以通过控制 -fpartial-inlining.

部分内联将函数拆分为 返回的热路径短。这允许 更积极的热内联 路径导致更好的性能和 经常减少代码大小（因为 功能的冷部分不是 重复）。

...

优化大小时的内联 （在程序的寒冷地区 或使用 -Os 编译时）是 改进以更好地处理 C++ 程序 具有更大的抽象惩罚， 导致代码更小更快。

Answer 3

鉴于这些是外部调用，gcc 可能会将它们视为不安全并保留函数调用的寄存器（如果没有看到它保留的寄存器很难知道，包括你说的“未使用的寄存器” '）。出于好奇，这种过度的寄存器溢出是否仍然会在禁用所有优化的情况下发生？

Answer 4

更新

要明确禁止 gcc 中单个函数的内联，请使用：

void foo() __attribute__ ((noinline))
{
  ...
}

另见How can I tell gcc not to inline a function?

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除非编译为 -O0（禁用优化），否则此类函数将定期自动内联。

在 C++ 中，您可以使用 inline 关键字提示编译器

如果编译器不接受您的提示，您可能在函数内使用了太多寄存器/分支。通过将“复杂”块提取到它自己的函数中，几乎可以肯定地解决了这种情况。

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更新我注意到您添加了它们是外部符号的事实。 （请使用该关键信息更新问题）。好吧，从某种意义上说，有了外部功能，所有的赌注都没有了。我真的不敢相信 gcc 会根据定义将所有复杂函数内联到一个微小的调用者中 simply 因为它只是从那里调用的。也许您可以提供一些示例代码来演示该行为，我们可以找到适当的优化标志来解决这个问题？

还有，这是 C 还是 C++？在 C++ 中，我知道将琐碎的决策函数内联（主要作为类声明中定义的成员）是很常见的。这不会像简单的（外部）C 函数那样产生链接冲突。

您还可以定义模板函数，在所有编译模块中完美内联，而不会导致链接冲突。

我希望你使用 C++，因为它会给你很多选择。

Answer 5

我可能会重构代码以鼓励简单案例的内联。也就是说，您可以使用-finline-limit 让gcc 考虑内联更大的函数，或者使用-fomit-frame-pointer -fno-exceptions 来最小化堆栈帧。 （请注意，后者可能会破坏调试并导致 C++ 异常行为不端。）

不过，您可能无法从调整编译器选项中获得太多好处，并且必须进行重构。