C++内联函数和上下文特定优化

Question

我在Scott Meyers的Effective c++书中读到:

当你内联一个函数时，你可以让编译器在函数体上执行特定于上下文的优化。这样的优化对于普通的函数调用是不可能的。

现在的问题是:什么是特定于上下文的优化，为什么它是必要的?

Answer 1

我不认为"特定于上下文的优化"是一个定义的术语，但我认为它基本上意味着编译器可以分析调用地点和周围的代码，并使用这些信息来优化函数。

这里有一个例子。当然，它是人为的，但它应该展示了这个想法:

功能:

int foo(int i)
{
  if (i < 0) throw std::invalid_argument("");
  return -i;
}

调用网站:

int bar()
{
  int i = 5;
  return foo(i);
}

如果单独编译foo，它必须包含比较和异常抛出代码。如果它内联在bar中，编译器会看到以下代码:

int bar()
{
  int i = 5;
  if (i < 0) throw std::invalid_argument("");
  return -i;
}

任何合理的优化器都会将其计算为

int bar()
{
  return -5;
}

Answer 2

如果编译器选择内联函数，它将用函数体替换对该函数的函数调用。现在在调用函数体中有更多代码需要优化。因此，它通常会产生更好的代码。

想象一下:

bool callee(bool a){
   if(a) return false;
   else return true;
}
void caller(){
   if(callee(true)){
       //Do something
   }   
   //Do something
}

一旦内联，代码将像这样(近似地):

void caller(){
   bool a = true;
   bool ret;
   if(a) ret = false;
   else ret = true;
   if(ret){
       //Do something
   }   
   //Do something
}

还可以进一步优化:

void caller(){
   if(false){
       //Do something
   }   
   //Do something
}

然后到:

void caller(){
   //Do something
}

函数现在小得多了，你没有函数调用的成本，特别是(关于这个问题)分支的成本。

Answer 3

假设函数为

void fun( bool b) { if(b) do_sth1(); else do_sth2(); }

，它在带有预定义的false参数

的上下文中被调用

bool param = false;
...
fun( param);

则编译器可以将函数体缩减为

...
do_sth2();

Answer 4

我不认为上下文特定的优化意味着特定的东西，你可能找不到确切的定义。

很好的例子是一些类属性的经典getter，没有内联程序必须:

1. 跳转到getter主体
2. 移动值到注册表(eax在x86在windows下与默认的Visual studio设置)
3. 跳转回被调用对象
4. 将eax的值移动到本地变量

而使用内联可以跳过几乎所有的工作，直接将值移动到局部变量。

优化严格依赖于编译器，但可能会发生很多事情(变量分配可能会被跳过，代码可能会重新排序等等…但是你总是保存call/jump，这是一个昂贵的指令。