C: 从函数返回的值是否比 void 占用更多的 CPU 周期？答案

【问题标题】：C: Does value return from the function take more CPU cycles than void?C: 从函数返回的值是否比 void 占用更多的 CPU 周期？
【发布时间】：2018-07-13 21:38:47
【问题描述】：

如果在 C 中使用 void 函数与返回任意类型（例如 int）的函数相比，int 函数会比 void 函数占用更多 CPU 周期吗？

例子：

int a, b = 1, c = 2;

void f()
{
     a = b + c;
}

int g()
{
     a = b + c;
     return a;
}

我的常识告诉我返回是一个动作，所以它应该花费一些 CPU 时间，但是我没有这里需要的适当的深入基础知识，我也不知道汇编程序可以自信地回答这个问题我自己。谷歌搜索也没有成功。

编辑：我的兴趣纯粹是学术性的，我不希望通过使用 void 与 int 函数来获得任何显着（甚至接近）的性能。

【问题讨论】：

是的——通常，必须将返回值加载到目标寄存器中（尽管编译器可能会对其进行优化，以便您的代码无论如何将其加载到该寄存器中）。但是，如果您查看典型mov 指令的实际timing latency (PDF)，您的担忧会消失吗？它是“1”，意思是（在最基本的解释中）对于像我的 Mac 这样的 3.04GHz 计算机，它需要 1/3,040,000,000 秒。
优化的汇编器输出说明了什么？如果这对您真的很重要，那就是找出答案和大量基准测试的方法。提示：可能不是。
@tadman 你是对的，它不是。我在这里的兴趣纯粹是学术上的，我不希望通过学习如何处理返回值来提高性能。至于汇编器，我没有生成汇编代码只是因为我不知道它（还）。
汇编代码是您学习最多的地方，因为编译器会告诉您它是如何解释您的代码的。弄清楚如何获得“反汇编”输出，您将获得所需的所有答案，或者至少更接近它们。
@usr2564301 显然太长了。

标签： c function return-value cpu-usage

【解决方案1】：

这完全取决于 CPU 指令集和调用约定。

例如，如果返回值总是在特定寄存器中返回，并且编译器可以在插入返回指令之前将计算结果 b+c 安排在该特定寄存器中，则为这两个生成的代码功能可能相同。

但是，除非您用尽所有其他选项来提高性能，否则您不想考虑在程序中进行优化。而你当然没有。

【讨论】：

我完全同意这不是优化代码的方式。我对这里的兴趣纯粹是学术上的，我不希望通过学习如何处理返回值来提高性能。

【解决方案2】：

在 x86_64 系统上，这两个函数可以编译为相同的代码。我已经用大致等效的 C 代码“修饰”了反汇编：

f_or_g:
    pushq   %rbp                 ; // Standard stack frame setup
    movq    %rsp, %rbp           ; // same
    movl    OFFSET1(%rip), %eax  ; eax = c;
    addl    OFFSET2(%rip), %eax  ; eax += b;
    movq    OFFSET3(%rip), %rcx  ; rcx = &a;
    movl    %eax, (%rcx)         ; *rcx = eax;
    popq    %rbp                 ; // Standard stack frame teardown
    retq                         ; return

由于 x86_64 使用 eax 作为 32 位值的返回寄存器，加法的结果已经在“正确的位置”返回它——不需要额外的代码。

在更复杂的函数中，可能需要一些小的开销来确保返回值在正确的寄存器中结束。不过，一般来说，这种开销应该是非常小的。

同样的原则适用于大多数其他架构——这并不特定于 x86_64；我只是在使用它，因为这是第一个出现的编译器。

【讨论】：

我是否正确理解任何使用eax 的处理器（或类似的我猜——抱歉，如果我只是说些废话！）不需要额外的代码？
这基本上取决于您返回的值是您在函数中计算的最后一件事，因此它可以确保计算将其结果放在同一个寄存器中。
@ZenJ 寄存器的确切名称无关紧要。唯一真正重要的因素是体系结构的调用约定使用寄存器作为返回值（大多数这样做），并且体系结构不需要某些寄存器用于特定操作（大多数不需要；x86_64 做了一点，但它没有不在这里发挥作用）。
@Barmar 它不一定是 last 值；只要有足够的可用寄存器，就可以在计算返回值“之后”执行任何工作，而无需触及返回寄存器。
您可以将来自 cmets 的信息包含在答案中吗？我认为他们确实为它增加了价值。

【解决方案3】：

我认为这个问题没有多大意义。

如果您需要返回值，则无法使用void 来加快它的速度——即使它会更快。
如果您不需要结果，返回它是没有用的，所以不要这样做。无论哪种方式，选择都是由调用者的需要定义的。

通常，现代编译器不会返回值，而是在原地构造它。例如，如果您编写int sum = f(a,b);，编译器将永远不会在您的函数中生成临时变量，而是使用sum 的内存来存储结果。这意味着执行时间没有差异。

【讨论】：

实际上有时这可能会派上用场：例如，如果一个函数修改了一些全局变量或类成员变量，但在使用函数的每个地方都不需要返回。但无论如何，我只想将我的问题应用于一个完美的“学术知识”世界，所以基本上这是一个可能没有实际意义的“假设”问题。我很抱歉一开始没有说清楚
在你的例子中，编译器知道你什么时候使用结果，什么时候不使用，并在你使用它时就地构造它，如果你扔掉它就永远不会返回它。换句话说：如果你定义了一个返回值，并且从不在任何地方使用它，它就永远不会被返回，所以没有区别。

【解决方案4】：

我们不能说是否会有额外的周期使用，因为它完全取决于您的处理器或 cpu，此外，如果您需要返回值，则 return 语句仅访问该元素的内存位置，因此可能只有复杂性的微小变化可以忽略不计。

【讨论】：