使用Intel编译器(0)基础(1)内联

参考手册：

http://software.intel.com/sites/products/documentation/studio/composer/en-us/2011Update/compiler_c/index.htm

说明：本系列文章为个人笔记，如有不正确之处，请参考官方相关文档，如果错误发现，我会尽量更新修改。另外，以下内容不保证对于所有版本的编译器都正确，编译器的实现也可能有一些变化之处，具体参考官方文档。

更多说明请参考http://blog.csdn.net/gengshenghong/article/details/7034748中补充说明部分。

参考：

wiki：http://en.wikipedia.org/wiki/Inline_expansion

(1) 什么是内联(inlining)

In computing, inline expansion, or inlining, is a manual or compiler optimization that replaces a function call site with the body of the callee.

内联或内联展开，一般编程人员都可以理解的。简单理解，就是将函数调用用函数体代替，主要优点是省去了函数调用开销和返回指令的开销，主要缺点是可能增大代码大小。内联，可以由语言特性来完成，也可以是编译器优化来完成。

(2) 误区

内联一定会更高效吗？内联一定会使代码大小增大吗？答案是：否。

内联不一定使代码大小增大，这是比较容易理解的，假如某一个函数只被调用了一次，那么内联当然不会使得代码大小增大，当然，一般情况下，内联都会增大代码。

内联不一定会更高效，这个倒是容易误解。用函数体代码了函数调用，一般来说，不至于会降低程序性能的。但是，由于内联增大了代码，可能会导致代码在cache加载的内容不合适，就有可能导致更多的cache misses。

(3)内联的性能提升

更具体来说，内联的性能提升，表现在：

1. 省去函数调用开销和返回指令开销。

2. 消除分支，并保持要执行的代码在内存中靠近，引用地址靠近从而提升指令cache的性能。这一点，不要被这里的“分支”误导了，通常来说，调用一个函数的时候，控制流被转换到其地址，可以通过分支(如jmp)或call指令，这就是这里的分支的含义。当然，在一般的C/C++中，貌似没怎么看到把函数调用为跳转指令的。总之，这一点强调的是，内联使得要调用的函数对应的指令和当前执行的指令地址靠近，从而能更有效的利用指令的cache，如果不使用内联，可能要到很”远“的一个地址去执行，有可能需要刷新cache等。

3. 进行内联后，有可能对其它的优化有好处。一个简单的例子，被内联的函数可能需要一个参数，利用参数进行if/else判断，内联后，很可能传递的常量参数会使得判断条件为永远false或true，那么编译器就可以进一步优化，去掉if/else的判断。比如下面的例子：

int ifelse(int condition) {
	if(condition == 0) {
		return 0;
	} else if(condition == 1) {
		return 1;
	} else {
		return 2;
	}
}

int foo() {
	return ifelse(0) + ifelse(1);
}

int foo_inline() {
	return 1;
}

这里，内联之后，编译器完全可以进行上面的简化，直接返回1。

(4)C/C++中的内联和编译器的内联

在C/C++中，我们可以使用关键字inline来告诉编译器，建议编译器进行内联，这也是大部分人所了解到的。其实，更多的情况下，编译器会自己进行内联，内联对于编译器更重要。为何？主要是内联之后的代码，对于编译器优化会带来很多方便，这些内容就涉及到更多的编译器优化的知识了。Wiki上给出了例子并进行了分析。

(5)何时进行内联

编译器在编译时和链接时都是可以进行内联的，另外，运行时系统（runtime）其实也可以完成内联的操作。编译器可以在抽象语法树或中间表达式中完成内联的操作，这是编译时内联的实现方式。链接器也可以在链接时内联，这也是很容易理解的，那么一般来说，比如，对于有些库函数进行内联，其是没有提供源代码的，所以只能在链接时内联。运行时内联一般是利用运行时的运行行为信息进行反馈，编译器根据反馈信息来更好的进行内联。

(6)编译器内联优化举例

一般的编译器都多少有一些内联的优化选项，由于优化是很多其它优化的基础。当然，不同的编译器优化的结果肯定也是不一样的，取决于编译器的“智能”程度了。下面的例子用最基础的O1选项说明一下VS编译器对函数的自动内联：

// File: test.cpp
// cl test.cpp /O1 /FA /c
int foo(int a, int b)
{
	return a + b;
}

int bar(int a, int b)
{
	return a + b;
}

int test(int a, int b)
{
	int a1 = foo(a, b);
	int b1 = bar(a, b);
	return bar(a1, b1);
}

编译后，得到test函数部分汇编片段如下：

?test@@YAHHH@Z PROC					; test, COMDAT
; Line 17
	lea	eax, DWORD PTR [rcx+rdx]
	add	eax, eax
; Line 18
	ret	0
?test@@YAHHH@Z ENDP

可见，其中已经没有了foo和bar的身影，都已经被内联了。如果使用/Od编译，得到的test部分如下：

?test@@YAHHH@Z PROC					; test
; Line 14
$LN3:
	mov	DWORD PTR [rsp+16], edx
	mov	DWORD PTR [rsp+8], ecx
	sub	rsp, 56					; 00000038H
; Line 15
	mov	edx, DWORD PTR b$[rsp]
	mov	ecx, DWORD PTR a$[rsp]
	call	?foo@@YAHHH@Z				; foo
	mov	DWORD PTR a1$[rsp], eax
; Line 16
	mov	edx, DWORD PTR b$[rsp]
	mov	ecx, DWORD PTR a$[rsp]
	call	?bar@@YAHHH@Z				; bar
	mov	DWORD PTR b1$[rsp], eax
; Line 17
	mov	edx, DWORD PTR b1$[rsp]
	mov	ecx, DWORD PTR a1$[rsp]
	call	?bar@@YAHHH@Z				; bar
; Line 18
	add	rsp, 56					; 00000038H
	ret	0
?test@@YAHHH@Z ENDP	

很容易看到call foo，call bar这样的指令，显然是需要进行函数调用。

总结：这里只是简单的从"表面"来理解了一下内联，关于更多的和编译器实现有关的内容，不属于这里讨论的范围。