编译器是否会优化通过指针调用的微不足道的函数？

Question

假设我有一个接受函数指针的函数：

int funct(double (*f)(double));

我会将其传递给一个实际上不做任何事情的函数：

double g(double a) { return 1.0;}
//...
funct(g);

编译器会优化对 g 的调用吗？还是这仍然会有开销？如果确实有开销，那么这个开销有多大？开销足够大到值得重载函数来接收函数指针和常量值吗？

- Andrew Spott

Answer 1

较新版本的GCC（4.4及之后）可以使用选项-findirect-inlining来内联和优化已知函数指针。这仅在GCC也知道使用该指针的所有代码时才有效。

例如，C库函数qsort将无法从此优化中受益。qsort的编译机器码在库中，它期望一个函数指针，编译器无法更改这一点。

然而，如果您有自己的qsort实现，并将其放在头文件中或使用非常新的GCC链接时间优化功能，则GCC将能够将您的调用代码、指向的函数和您的qsort源代码一起编译，针对您的数据类型和比较函数进行优化。

现在，仅在函数调用开销远大于函数本身时，才真正需要这样做。对于一个几乎什么都不做的函数的示例，使用函数指针是严重的开销。在我的qsort比较示例中，函数指针调用也相当昂贵。但在某些其他应用程序中，如Windows事件调度，这几乎无关紧要。

由于您正在使用C ++，因此您应该学习模板。模板函数可以接受所谓的“函数对象”，它只是实现了operator()的对象，并且可以接受函数指针。传递函数对象将允许C ++编译器内联和优化几乎所有相关代码。

- Zan Lynx

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模板是另一种管理这个的方式，我仍然可能会使用它们，但是我不太理解它们（我还在学习），所以函数指针将是简单的解决方法。 - Andrew Spott

GCC将会知道使用指针的全部代码，然而funct可能会成为另一个文件中一个类的一部分（并且该类中许多不同的方法将使用funct）。GCC能够进行优化吗？不幸的是，由于性能方面对此代码足够敏感，我必须思考它（g可能会被调用超过几十万次）。 - Andrew Spott

Answer 2

任何现代编译器都可以（并且将会）在编译时优化掉通过函数指针调用的情况，即使该指针指向的位置在编译时已知。

在你所提供的示例中，一般情况下不能在调用时预测指针的值，因为它作为函数 funct 的参数从外部传入。如果函数 funct 本身足够小以便内联，则运行时参数将被消除，整个 funct 代码将在 funct 的调用者上下文中“溶解”。如果在该调用者上下文中已知指针的值，则编译器可以轻松地消除对指针的调用。

最后，如果 funct 函数相对较重（即无法内联），则您应该预计编译器将从 funct 中通过指针生成普通的运行时调用。在这种情况下，消除调用的潜力也存在，因为编译器可以为每个编译时值 g 生成一个单独的 funct 版本。例如，如果您有：

int funct(int x1, int x2, int x3, double (*f)(double));

这个函数只接受两个参数 f

funct(rand(), rand(), rand(), g1);
...
funct(rand(), rand(), rand(), g2);

然后编译器可以将其“简化”为两个函数。

int funct_g1(int x1, int x2, int x3);
int funct_g2(int x1, int x2, int x3);

没有函数指针参数，直接调用 g1 和 g2 的情况下进行优化。（当然，这种优化与函数指针无关，可以应用于任何仅使用一小组固定参数的函数参数。实际上，这类似于 C++ 模板。）但我不知道有哪些编译器会执行这样的操作。

- AnT stands with Russia

Answer 3

编译器可能不会对其进行优化，因为函数funct可以接收指向不同函数的指针，而不仅仅是g，它们也不必来自同一编译单元（因此编译器不能假设它知道所有可能的调用）。

您需要对代码进行基准测试，以确定您所说的优化是否必要，如果确实需要-就去做。但是，除非funct经常调用g，否则我不认为这很重要。

- littleadv

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编译器可以通过指针优化函数调用，即使有多个调用，即使函数在不同的翻译单元中。这被称为完全程序优化，是在链接时完成的。 - Gene Bushuyev

编译器和链接器之间的区别并不像过去那样清晰。现在，在链接时、运行时进行优化和代码生成。 - Gene Bushuyev

有时候，gcc会在这种情况下简单地生成两个函数：一个用于已知函数指针的情况，另一个用于一般情况。采用这种方法，链接器不需要做任何特殊处理。 - Sven Marnach

“funct” 可能会调用 “g” 几十万到几百万次……或者更多。 :) - Andrew Spott

@spot - 那我建议不要依赖于编译器优化。 - littleadv

@spot - 这是每秒还是每小时几百万次？ :-) - Bo Persson