派生类型访问器函数的跨模块内联

Question

在 C++ 中，通常会将可能被内联的小函数放入头文件中，以使内联成为可能，而无需求助于链接时优化或其他巫术。最常见的是，对于类的访问器方法（想想std::vector 上的operator[]）。我在现代 Fortran 中遇到了一些类似的行为。

假设我有一个模块，它定义了一个带有一些私有数据的派生类型，并带有一个简单的访问器，如下所示：

module FooMod
type :: FooType
    integer,allocatable,private :: d(:)

    contains
        procedure,pass :: init
        procedure,pass :: get
        procedure,pass :: clear
endtype

contains
    subroutine init(this,n)
        class(FooType),intent(inout) :: this
        integer,intent(in) :: n
        integer :: i

        allocate(this%d(n))
        do i=1,n
            this%d(i)=i
        enddo
    endsubroutine

    function get(this,i) result(val)
        class(FooType),intent(in) :: this
        integer,intent(in) :: i
        integer :: val

        val = this%d(i)
    endfunction

    subroutine clear(this)
        class(FooType),intent(inout) :: this

        deallocate(this%d)
    endsubroutine
endmodule

现在我编写一个程序来使用访问器：

program testtype
use FooMod

type(FooType) :: foo
integer :: val

call foo%init(10)

val = foo%get(2)

write(*,*)val

endprogram

使用 gfortran 5.4.0 编译 -O3:

gfortran -c -O3 foo.f90
gfortran -O3 -S testfoo.f90 foo.o

产生这样的输出：

call    __foomod_MOD_get
leaq    16(%rsp), %rdi
movl    %eax, 12(%rsp)
movq    $.LC2, 24(%rsp)
movl    $11, 32(%rsp)
movl    $128, 16(%rsp)
movl    $6, 20(%rsp)
call    _gfortran_st_write

所以仍然有一个没有内联的调用。我明白了，因为 get() 例程的定义在不同的翻译单元中，与 C++ 标头的文本包含相比，内联它可能有点困难，但我认为这是 .mod 文件目的的一部分由编译器生成。

有没有办法让这样的小功能跨模块内联？如果没有，在数据封装的良好现代编程实践的背景下，这似乎是语言/实现的严重缺陷。

我尝试了 -flto 标志以查看是否有帮助，但这只是将 GIMPLE 作为 ascii 文本字段输出到“程序集”输出，因此很难判断它在做什么。

谢谢！

一些澄清：我知道 C++ 中的inline，它的真正含义，它有点用词不当，并且非常熟悉内联的概念；它是如何工作的，需要满足哪些条件，为什么没有标头会很困难，以及 LTO 在哪里适合。我主要的挫败感是，由于 Fortran 有正式的模块，允许编译器生成特定于实现的 .mod 文件，为什么这么难？为什么我们需要明确地求助于语言不可知的、链接时间（困难的）内联的大枪来做像内联类型绑定访问器函数这样简单的事情。编译器不能在 .mod 文件中存储 GIMPLE 代码，甚至函数文本并进行编译时内联吗？也许我遗漏了一些微妙之处。

Answer 1

在 C/C++ 中，您通常 #include 包含访问器函数定义的标头。所以在预处理之后，定义与调用站点在同一个 C/C++ 翻译单元中，并且函数可以被内联，即使是编译器的前端。

在 Fortran 中，PROGRAM、MODULE、external SUBROUTINE、external FUNCTION 和 BLOCK DATA 都定义了单独的编译单元。即使它们出现在同一个源文件中，编译器也可以将它们视为出现在单独的文件中。一些编译器会这样做，因此如果没有链接时间优化 (LTO)，就无法内联。如果定义出现在与调用站点相同的源文件中，其他人会尝试内联。我知道只有一种编译器将模块过程的定义嵌入到它们的 .mod 文件中，这样它们就可以在使用模块的任何地方内联。

TL;DR 如果要在 Fortran 中内联这些函数，则必须启用 LTO。