C中的内联函数和调用成本

Question

我正在制作一个向量/矩阵库。 （GCC、ARM NEON、iPhone）

typedef struct{ float v[4]; } Vector;
typedef struct{ Vector v[4]; } Matrix;

我将结构数据作为指针传递，以避免调用函数时数据复制导致性能下降。所以我一开始设计了这样的功能：

void makeTranslation(const Vector* factor, Matrix* restrict result);

但是，如果函数是内联的，是否有任何理由将值作为指针传递以提高性能？这些变量也被复制了吗？寄存器和缓存怎么样？我试图重新设计这样的功能：

inline Matrix makeTranslation(const Vector factor) __attribute__ ((always_inline));

您如何看待每个案例的通话费用？

• 我在第二个签名中添加了“const”以反映建议。

Answer 1

当函数是内联的时，调用通常不会直接涉及到变量的复制。变量仍然会被移动并放入堆栈，有时作为执行的正常部分，而不是作为函数调用的直接结果。 （当您用完寄存器时，一些值可能会被放入堆栈等......但仅在需要时。）因此，当函数被内联时，“调用”的开销基本上消失了（不再设置/拆除堆栈帧，不再无条件跳转，不再推入/弹出参数。）

如果您可以依靠您的always_inline 属性始终 内联函数，那么您也不应该通过指针传递向量（如果未修改）。原因是通过指针传递它需要获取向量的地址，这意味着编译器必须确保它有一个地址，因此它不能只存在于 CPU 寄存器中。如果不需要它，这会减慢速度，并且当您获取某物的地址时，编译器将始终确保它有一个地址，因为编译器无法确定该地址是不需要的。

由于指针传递，这段代码总是有一条指令来获取对象的地址，并且至少有一个取消引用来获取成员的值。如果您按值传递，那么这可能仍然会发生，但编译器可能能够优化所有这些。

不要忘记过度使用内联会显着增加编译器二进制代码的大小。在某些情况下，具有较大的代码段（由于内联函数）可能会导致更多的指令缓存未命中，这将导致性能下降，因为 CPU 不断地不得不去主内存来获取程序的一部分，因为其中一些是太大而无法放入小型 L1 缓存中。这在嵌入式处理器（如 iPhone）中可能尤其重要，因为这些处理器通常具有较小的缓存。