函数调用的成本是多少？

Posted 2023-03-08

【中文标题】函数调用的成本是多少？

【英文标题】：What is the cost of a function call?

【发布时间】：2010-09-10 19:44:17

【问题描述】：

相比

简单的内存访问 磁盘访问 另一台计算机上的内存访问（在同一网络上） 另一台计算机上的磁盘访问（在同一网络上）

在 Windows 上的 C++ 中。

【参考方案1】：

相对时间（偏差不应超过 100 倍；-)

缓存中的内存访问 = 1 缓存中的函数调用/返回 = 2 内存访问超出缓存 = 10 .. 300 磁盘访问 = 1000 .. 1e8（摊销取决于传输的字节数） 主要取决于寻道时间 传输本身可以非常快 涉及至少几千个操作，因为用户/系统阈值必须至少超过两次；一个 I/O 请求必须被调度，结果必须被写回；可能分配了缓冲区... 网络调用 = 1000 .. 1e9（摊销取决于传输的字节数） 与磁盘 i/o 相同的参数 原始传输速度可能相当高，但其他计算机上的某些进程必须完成实际工作

【讨论】：

都同意了，除了我知道的缓存外内存访问大约是缓存访问的 200~300 倍。

已更改。 10... 范围是包括一级缓存。另外，我不想给人一种磁盘访问可以和内存访问一样快的印象。情况并没有那么糟糕;-)

在你的缓存图中 - 你没有忘记参数处理吗？

【参考方案2】：

函数调用只是将内存中的帧指针转移到堆栈上，并在其上添加一个新帧。函数参数被移到本地寄存器中使用，堆栈指针前进到新的堆栈顶部以执行函数。

与时间相比

函数调用~简单的内存访问 函数调用 函数调用 函数调用

【讨论】：

您真的是指“堆栈指针的移位”吗？ “指令指针的移位”对我来说更合适。我将其描述为：IP 被压入堆栈 IP 被设置为函数地址 SP 被高级以保留局部变量空间（可能包括堆栈帧的创建）

感谢您的澄清！我将为将来浏览的任何人更新我的答案

【参考方案3】：

与简单的内存访问相比 - 稍微多一点，真的可以忽略不计。

与列出的其他所有内容相比 - 数量级要小。

这应该适用于任何操作系统上的任何语言。

【参考方案4】：

一般来说，函数调用会比内存访问稍慢，因为它实际上必须执行多次内存访问才能执行调用。例如，在 x86 上使用 __stdcall 的大多数函数调用都需要多次推送和弹出堆栈。但是，如果您的内存访问的是一个甚至不在 L2 缓存中的页面，那么如果目标和堆栈都在 CPU 的内存缓存中，则函数调用会快得多。

对于其他一切，函数调用要快很多（很多）数量级。

【参考方案5】：

很难回答，因为涉及的因素很多。

首先，“简单内存访问”并不简单。由于在现代时钟速度下，CPU 可以将两个数字相加，而不是从芯片的一侧到另一侧获得一个数字（光速——这不仅仅是一个好主意，它是定律）

那么，函数是在 CPU 内存缓存中调用的吗？您是否也在比较它的内存访问？

然后我们有函数调用将清除 CPU 指令流水线，这将以非确定性的方式影响速度。

【讨论】：

在进行调用时不应在现代 CPU 上刷新管道。 CPU 仅在错误预测条件跳转（或发生中断或类似的不可预知事件时）才会刷新其管道。

“定律”：构成内存值的电脉冲以光速移动，需要几个 CPU 周期才能将 CPU 一端的三英寸移动到另一端.

这是法律！法律的定义是它是用来解释的。另一方面，规则是绝对的。这就是为什么橄榄球有法律而其他运动有规则的原因。

@James：三英寸？？我想知道你正在使用什么样的怪物 CPU...

@James：实际的处理器芯片要比这小得多。 Core i7 的 die 为 263mm^2，即（假设为正方形）约 0.64"x0.64"

【参考方案6】：

假设您指的是调用本身的开销，而不是被调用者可能执行的操作，那么它肯定比“简单”内存访问要快得多。

它可能比内存访问慢，但请注意，由于编译器可以进行内联，因此函数调用开销有时为零。即使不是，至少在某些架构上，对指令缓存中已经存在的代码的某些调用可能比访问主（未缓存）内存更快。这取决于在进行调用之前需要将多少寄存器溢出到堆栈，等等。请查阅您的编译器和调用约定文档，尽管您不太可能比反汇编发出的代码更快。

另请注意，有时不是“简单”的内存访问 - 如果操作系统必须从磁盘中引入页面，那么您将等待很长时间。如果您跳转到当前在磁盘上分页的代码，情况也是如此。

如果基本问题是“我什么时候应该优化我的代码以尽量减少函数调用的总数？”，那么答案是“非常接近永远不会”。

【参考方案7】：

此链接在 Google 中出现了很多。为了将来参考，我在 C# 中运行了一个关于函数调用成本的简短程序，答案是：“大约是内联成本的六倍”。以下是详细信息，请参阅底部的//输出。更新：为了更好地比较苹果和苹果，我将 Class1.Method 更改为 return 'void'，如下所示： public void Method1 () // return 0; 尽管如此，内联速度还是快了 2 倍：内联（平均）：610 毫秒；函数调用（平均）：1380 毫秒。所以更新后的答案是“大约两倍”。

使用系统； 使用 System.Collections.Generic； 使用 System.Linq； 使用 System.Text； 使用 System.Diagnostics；

命名空间 FunctionCallCost 课堂节目 静态无效主要（字符串 [] 参数） Debug.WriteLine("stop1"); int iMax = 100000000; //100M DateTime funcCall1 = DateTime.Now; 秒表 sw = Stopwatch.StartNew();

        for (int i = 0; i < iMax; i++)
        
            //gives about 5.94 seconds to do a billion loops, 
          // or 0.594 for 100M, about 6 times faster than
            //the method call.
        

        sw.Stop(); 

        long iE = sw.ElapsedMilliseconds;

        Debug.WriteLine("elapsed time of main function (ms) is: " + iE.ToString());

        Debug.WriteLine("stop2");

        Class1 myClass1 = new Class1();
        Stopwatch sw2 = Stopwatch.StartNew();
        int dummyI;
        for (int ie = 0; ie < iMax; ie++)
        
          dummyI =  myClass1.Method1();
        
        sw2.Stop(); 

        long iE2 = sw2.ElapsedMilliseconds;

        Debug.WriteLine("elapsed time of helper class function (ms) is: " + iE2.ToString());

        Debug.WriteLine("Hi3");


    

// 这里是第 1 类 使用系统； 使用 System.Collections.Generic； 使用 System.Linq； 使用 System.Text;

命名空间 FunctionCallCost 类 Class1

    public Class1()
    
    

    public int Method1 ()
    
        return 0;
    

// 输出： 停止1 主要功能的经过时间（毫秒）为：595 停止2 辅助类函数的运行时间（ms）为：3780

停止1 主要功能的经过时间（毫秒）为：592 停止2 辅助类函数的运行时间（ms）为：4042

停止1 主要功能的经过时间（毫秒）为：626 停止2 辅助类函数的运行时间（毫秒）为：3755

【参考方案8】：

实际调用函数但没有完全执行的成本？还是实际执行该功能的成本？简单地设置一个函数调用并不是一项昂贵的操作（更新 PC？）。但显然，一个函数完全执行的成本取决于该函数在做什么。

【参考方案9】：

我们不要忘记 C++ 有虚拟调用（明显更贵，大约 x10），在 WIndows 上，您可以期望 VS 内联调用（定义为 0 成本，因为二进制文件中没有剩余调用）

【参考方案10】：

取决于该函数的作用，如果它对内存中的对象进行逻辑处理，它将在您的列表中排名第二。如果它包括磁盘/网络访问，则在列表的下方。

【参考方案11】：

一个函数调用通常只涉及几个内存副本（通常是到寄存器中，所以它们不应该占用太多时间），然后是一个跳转操作。这将比内存访问慢，但比上述任何其他操作都快，因为它们需要与其他硬件进行通信。这通常适用于任何操作系统/语言组合。

【参考方案12】：

如果函数在编译时内联，则函数的成本等于 0。

0 当然是，如果没有函数调用，你会得到什么，即：自己内联它。

当我这样写时，这当然听起来太明显了。

【参考方案13】：

函数调用的成本取决于架构。 x86 的速度要慢得多（每个函数参数需要几个时钟加上一个时钟左右），而 64 位则要慢得多，因为大多数函数参数都是在寄存器中而不是在堆栈中传递的。

【参考方案14】：

函数调用实际上是将参数复制到堆栈上（多次内存访问），寄存器保存，实际代码执行，最后是结果复制和寄存器恢复（寄存器保存/恢复取决于系统）。

所以..相对来说：

函数调用 > 简单的内存访问。 函数调用 函数调用 函数调用

【参考方案15】：

只有内存访问比函数调用快。

但是，如果编译器具有内联优化（对于 GCC 编译器，并且不仅在使用优化级别 3 (-O3) 时激活），则可以避免调用。