使用 Visual Studio 编译器分析内联 C++ 函数

Question

当大量代码被编译器内联时，如何理解 Windows 上的 C++ 分析数据？ IE。我当然想测量实际运行的代码，所以根据定义，我将测量代码的优化构建。但似乎我尝试的任何工具都无法真正解决内联函数。

我在 Visual Studio 2017 Professional 和 VTune 2018 中都尝试过采样分析器。我尝试启用 /Zo，但似乎没有任何影响。

我发现以下资源似乎表明只有 Visual Studio Ultimate 或 Premium 支持内联框架信息 - Visual Studio 2017 仍然如此吗？ https://social.msdn.microsoft.com/Forums/en-US/9df15363-5aae-4f0b-a5ad-dd9939917d4c/which-functions-arent-pgo-optimized-using-profile-data?forum=vsdebug

这是一个示例代码：

#include <cmath>
#include <random>
#include <iostream>

inline double burn()
{
    std::uniform_real_distribution<double> uniform(-1E5, 1E5);
    std::default_random_engine engine;
    double s = 0;
    for (int i = 0; i < 100000000; ++i) {
        s += uniform(engine);
    }
    return s;
}

int main()
{
    std::cout << "random sum: " << burn() << '\n';
    return 0;
}

在发布模式下使用 Visual Studio 编译它。或者在命令行上尝试cl /O2 /Zi /Zo /EHsc main.cpp。然后尝试使用 Visual Studio 中的 CPU Sampling Profiler 对其进行分析。你最多会看到这样的东西：

VTune 2018 在 Windows 上看起来很相似。在 Linux 上，perf 和 VTune 可以毫无问题地显示内联函数的帧……这个在我看来对 C++ 工具至关重要的功能真的不属于非高级/终极 Visual Studio 工具链的一部分吗？ Windows 上的人如何处理这个问题？那/Zo有什么意义呢？

编辑：我只是尝试用 clang 编译上面的最小示例，它产生了不同但仍然不令人满意的结果？我编译了 clang 6.0.0（主干），从 LLVM rev 318844 和 clang rev 318874 构建。然后我使用 clang++ -std=c++17 -O2 -g main.cpp -o main.exe 编译我的代码，并再次使用 Visual Studio 中的 Sampling Profiler 运行生成的可执行文件，结果是：

所以现在我看到了burn 函数，但是丢失了源文件信息。此外，uniform_real_distribution 仍然没有显示在任何地方。

编辑 2： 正如 cmets 中所建议的，我现在还尝试了 clang-cl，其参数与上述 cl 相同，即：clang-cl.exe /O2 /Zi /Zo /EHsc main.cpp。这产生了与clang.exe 相同的结果，但我们也得到了一些有效的源映射：

编辑 3： 我原本以为 clang 会神奇地解决这个问题。可悲的是，它没有。大多数内联帧仍然丢失:(

编辑 4： VTune 不支持使用 MSVC/PDB 构建的应用程序构建的内联框架：https://software.intel.com/en-us/forums/intel-vtune-amplifier-xe/topic/749363

Answer 1

我在 Visual Studio 2017 中都尝试过采样分析器 Professional 以及 VTune 2018。我曾尝试启用 /Zo，但它 似乎没有任何影响。

我发现以下资源似乎表明只有 Visual Studio Ultimate 或 Premium 支持内联框架信息 - Visual Studio 2017 仍然如此吗？

幸运的是，我已经安装了三个不同版本的 VS。我可以告诉您有关支持内联函数信息功能的更多信息，如您引用的 article 中所述：

• VS Community 2013 Update 5 不支持显示内联函数，即使我指定 /d2Zi+。它似乎只在 VS 2013 Premium 或 Ultimate 中受支持。
• VS Community 2015 Update 3 确实支持显示内联函数（article 中讨论的功能）。默认情况下，指定 /Zi。 /Zo is enabled implicitly with /Zi，因此您不必明确指定它。因此，您不需要 VS 2015 Premium 或 Ultimate。
• 最新更新的 VS Community 2017 不支持显示内联函数，无论 /Zi 和 /Zo。它似乎只在 VS 2017 Professional 和/或 Enterprise 中受支持。

VC++ 博客上没有关于 VS 2017 采样分析器的任何改进的公告，所以我认为它与 VS Community 2015 的分析器相比没有任何改进。

请注意，不同版本的编译器可能会做出不同的优化决策。例如，我观察到 VS 2013 和 2015 没有内联 burn 函数。

通过使用 VS Community 2015 Update 3，我得到的分析结果与 third picture 中显示的结果非常相似，并且突出显示了相同的代码。

现在我将讨论这些附加信息在解释分析结果时如何有用，如何通过更多的努力手动获得该信息，以及如何在使用内联函数的情况下解释结果。

如何理解 Windows 上的 C++ 分析数据，当有很多 代码被编译器内联了？

VS 分析器只会将成本归因于未内联的函数。对于内联的函数，成本将被累加并包含在一些未内联的调用函数中（在本例中为burn 函数）。

通过将burn 中的非内联调用函数的估计执行时间相加（如图所示），我们得到 31.3 + 22.7 + 4.7 + 1.1 = 59.8%。另外，图中Function Body的估计执行时间为40.2%。请注意，59.8% + 40.2% = 100% 的时间花在burn 上，应该是这样。换句话说，burn 中花费的时间中有 40.2% 花费在函数体和其中内联的任何函数上。

40.2% 是很多。下一个合乎逻辑的问题是，burn 中内联了哪些函数？通过使用我之前讨论过的功能（在 VS Community 2015 中提供），我可以确定以下函数已内联在 burn 中：

std::mersenne_twister_engine<unsigned int,32,624,397,31,2567483615,11,4294967295,7,2636928640,15,4022730752,18,1812433253>::{ctor};
std::mersenne_twister<unsigned int,32,624,397,31,2567483615,11,7,2636928640,15,4022730752,18>::{ctor};
std::mersenne_twister<unsigned int,32,624,397,31,2567483615,11,7,2636928640,15,4022730752,18>::seed;
std::uniform_real<double>::operator();
std::uniform_real<double>::_Eval;
std::generate_canonical;

如果没有该功能，您将不得不手动反汇编发出的可执行二进制文件（使用 VS 调试器或使用 dumpbin）并找到所有 x86 call 指令。通过与源代码中调用的函数进行比较，您可以确定哪些函数被内联了。

到 VS 2017（包括 VS 2017）的 VS 采样分析器的功能到此结束。但这真的不是一个重要的限制。通常，由于编译器对每个函数的大小施加了硬上限，因此不会有多少函数被内联到同一个函数中。因此，通常可以手动检查每个内联函数的源代码和/或汇编代码，并查看该代码是否会显着增加执行时间。我这样做了，很可能burn 的主体（不包括内联函数）和这两个内联函数主要负责这 40.2%。

std::mersenne_twister<unsigned int,32,624,397,31,2567483615,11,7,2636928640,15,4022730752,18>::seed;
std::uniform_real<double>::_Eval;

考虑到所有这些，我在这里看到的唯一潜在优化机会是记住 log2 的结果。

VTune 采样分析器肯定比 VS 采样分析器更强大。特别是，VTune 将成本归因于单个源代码行或汇编指令。然而，这种归因是高度近似的，而且通常是荒谬的。因此，在解释以这种方式可视化的结果时，我会非常小心。我不确定 VTune 是否支持 Enhance Optimized Debugging 信息，或者它在多大程度上支持将成本归因于内联函数。提出这些问题的最佳地点是Intel VTune Amplifier community forum。

Answer 2

我不确定我是否正确理解了您的问题中描述的问题。在您的网站上，我会尝试 /Ob0 Visual C++ 编译器选项。它必须禁用内联扩展。

/Ob 编译器选项控制函数的内联扩展。后面必须跟数字 0、1 或 2。

0 禁用内联扩展。默认情况下，编译器会自行决定对所有函数进行扩展，通常称为自动内联。

1 只允许扩展标记为 inline、__inline 或 __forceinline 的函数，或在类声明中定义的 C++ 成员函数中。

2 默认值。允许扩展标记为 inline、__inline 或 __forceinline 的函数以及编译器选择的任何其他函数。

/Ob2 在 /O1、/O2（最小化尺寸、最大化速度）或 /Ox 时有效strong>（启用大多数速度优化）。

此选项要求您使用 /O1、/O2、/Ox 或 /Og 启用优化>.

在 Visual Studio 开发环境中设置此编译器选项

1. 打开项目的“属性页”对话框。有关详细信息，请参阅使用项目属性。
2. 展开配置属性，C/C++，然后选择优化。
3. 修改内联函数扩展属性。

更多信息请阅读文章/Ob (Inline Function Expansion)