Tutkitaan Inline-toimintojen käyttöä C-tilassa nopeuden parantamiseksi

Mekanismi Inline-toimintojen takana

Inline-toiminto ilmoitetaan avainsanalla. Tämä ei komenna kääntäjää inline; se on ehdotus. Kääntäjä voi jättää sen huomiotta toimintojen ollessa liian suuria, rekursiivisia tai kun optimointitasot ovat alhaiset. C99- ja myöhempien standardien semantiikkaa selvennettiin: otsikkotiedostossa [] määritellyllä toiminnolla voidaan sisällyttää moni käännösyksiköihin ilman päällekkäisyyttä tai linkitysvirheitä, edellyttäen, että ulkoinen määritelmä on olemassa jossain. Tämä saavutetaan usein tai -ilmoitusten yhdistelmällä.

• Staattinen inline:[ Funktio on sisäinen yhteys; jokainen käännösyksikkö saa oman kopion. Tämä on turvallisin ja kannettavin lähestymistapa pieniin apuri toimintoja määritelty otsikot.
• Esilinja (C99):[] Inline määritelmä tarjoaa kehon inlining, mutta ulkoinen määritelmä on oltava erillinen (yleensä yhdessä .c tiedosto). Vuonna C11 ja myöhemmin, tämä käyttäytyminen oli yhdenmukaistettu.
• Linja ilman staattista tai ulkoista:[] C99:ssä tämä on samanlainen ulkoisen inlinen; C11:ssä ulkoiset määritelmät vaaditaan vain, jos toimintoa ei ole inlined. Käytännössä on suosittu useimmissa käyttötapauksissa.

Avain oivallus:[] Inlining ei ole ilmainen lounas. Kääntäjä analysoi kustannus-hyöty vaihto-off: lisäämällä funktion kehon jokaisella puhelulla sivuston kasvaa koodin koko (koodi bloat), joka voi vähentää ohjevälimuistin tehokkuutta. Näin ollen inline on parasta varata pienille, usein kutsutaan toimintoja.

Kun Inline Functions Excel: Käytä tapauksia ja parhaita käytäntöjä

Pienet matemaattiset toiminnot

Toiminnot, jotka suorittavat alkeet aritmeettinen ... kuten tietojenkäsittely neliö, puristus arvo, tai testaaminen merkki .

static inline int clamp(int value, int low, int high) {
 return (value < low) ? low : (value > high) ? high : value;
}

Lisävarusteet ja mutatoritoiminnot datarakenteissa

Objekti-oriented kuviot C usein käyttää getters ja setters tiivistää tietoja. Ilman inlining, nämä triviaali toiminnot lisäävät tarpeettomia yläpuolella:

typedef struct {
 int x, y;
} Point;

static inline int point_get_x(const Point *p) {
 return p->x;
}

static inline void point_set_x(Point *p, int x) {
 p->x = x;
}

Upotetut järjestelmät ja reaaliaikainen koodi

Ympäristöissä, joissa on rajallinen pino-tila ja deterministinen ajoitusvaatimukset, inline toiminnot poistavat tarpeen työntää / pop pino kehysten, vähentää sekä latenssi ja muistin käyttöä. Kuitenkin koodikokoa on seurattava huolellisesti muistin rajoitteiset mikro-ohjaimet.

Kun ei riviin

• Suuri toiminnot:[] Sisäänrakennettu 100+ linja toiminto useita puheluja sivustoja turpoaa binäärinen ja todennäköisesti heikentää suorituskykyä vuoksi ohjevälimuistin paine.
• Käännöstoiminnot:[ Rekursiota ei voida täysin inlined (vaikka kääntäjä voi olla pois joitakin tasoja).
• Loopioinnit:[] Suuren silmukan sisältävän toiminnon kytkemisestä ei välttämättä ole merkittävää hyötyä.
• Rajallisesti kutsutut toiminnot:[ Ylivoima on mitätön, jos toimintoa kutsutaan harvoin; se vain tuhlaa tilaa.

Inline toiminnot Versus Macros: yksityiskohtainen vertailu

Ennen avainsanaa oli standardi, C ohjelmoijat käyttivät makroja ([) saavuttaakseen "inlining" . Mutta makrot ovat tekstisubstituutioita, eivät toimintoja. Niissä on vakavia haittoja:

• ]Type safety:[ Makrot eivät välitä tyypeistä. Pahamaineinen makro arvioi argumentteja useita kertoja, mikä johtaa vaarallisiin sivuvaikutuksiin käytettäessä sellaisia ilmaisuja kuin .
• Vianetsintä: [ Makrot katoavat esikäsittelyn aikana; vianetsintälaitteet eivät voi astua niihin.
• Komponentit lausumat:[] Moninkertainen makrot edellyttävät rumia leikkauksia (esim. ).
• Nimitörmäykset:[ Makrolaajennukset voivat häiritä paikallisia muuttujia.

Inline toiminnot voittaa kaikki nämä kysymykset: ne ovat todellisia toimintoja Type check, laajuudeltaan, ja sivuvaikutus-turvallinen argumentointi arviointi. Ne osallistuvat säännöllisen tyyppijärjestelmän ja voidaan debugged. Ainoa teoreettinen etu makros on, että niitä voidaan käyttää [] tyyppi-generic[] toiminnot . mutta C11 ja C23 [ ehdotukset ovat vähentää jopa tätä aukkoa.

Neuvosääntö:[] Mieluummin toimii makrojen päällä minkä tahansa funktion allekirjoitukseen sopivan logiikan osalta. Varaa makrot vain yksinkertaisille vakioille tai kuponkiliitolle.

Käytännön esimerkkejä: Inline Functions in Action

Esimerkki 1: Square (Ajulkaistu)

static inline int square(int x) {
 return x * x;
}

Kääntäjä ei todennäköisesti lähetä puhelun opetusta lainkaan; koodista tulee yksinkertaisesti jokaisella puhelupaikalla.

Esimerkki 2: Tarkistaminen Jos merkki on Digit

static inline int is_digit(char c) {
 return c >= '0' && c <= '9';
}

Esimerkki 3: Fast Min/Max (Max-arvon välttäminen)

static inline int imax(int a, int b) {
 return (a > b) ? a : b;
}

Toisin kuin makroversio, tämä arvioi ja täsmälleen kerran välttäen kaksinkertaisen arvioinnin riskejä.

Esimerkki 4: Bit Operations (Unions or Byte Swapping)

static inline uint16_t swap_bytes(uint16_t x) {
 return (x << 8) | (x >> 8);
}

Tämä on yksi ohje ARM:stä tai pyöritys x86:ssa, kun se on inline-muodossa.

Kompelointioptimistit ja Inline-avainsana

avainsana on vain yksi tekijä kääntäjän inlining-päätöksessä. Useimmilla kääntäjillä on komentorivin liput, jotka ohjaavat aggressiivisuutta:

• ]GCC/Clang:[] [ mahdollistaa kohtalaisen inliningin mahdollistaa aggressiivisemman inliningin. lippu voidaan nimenomaisesti ottaa käyttöön. Voit pakottaa tietyn toiminnon kytkemiseen riippumatta kääntäjäheuristiikasta, käytä tai tai sitä korkeammalla.
• MSVC:[ avainsana on käytettävissä, mutta se ei takaa inlineing (kääntäjä voi edelleen kieltäytyä tiettyjen toimintojen).

Esimerkki GCC-attribuutilla:

static inline __attribute__((always_inline)) int triple(int x) {
 return x * 3;
}

Suorituskyvyn kannalta kriittisen koodin osalta on suositeltavaa tarkastaa luotu kokoonpano (esim. GCC:n tai ) avulla, että inlining tapahtui. Nykyaikaiset kääntäjät voivat inline-toiminnot, joita ei ole merkitty , korkealla optimointitasolla, ja vastaavasti ne voivat jättää huomiotta toimintojen osalta, jotka aiheuttaisivat liiallista koodin kasvua.

Mahdolliset jäljet: Koodi Bloat ja Binary Size

Jokaisen kutsun antaminen monissa paikoissa käytettävälle toiminnolle voi lisätä merkittävästi tekstisegmentin kokoa. Tämä on erityisen ongelmallista: