FORTRAN - 减少函数调用开销

Posted 2023-02-16

【中文标题】FORTRAN - 减少函数调用开销

【英文标题】：FORTRAN - Reduce function call overhead

【发布时间】：2012-08-23 01:02:24

【问题描述】：

我有一个这样的 fortran 代码：

file1.f90

program myprog
 use func1mod
    do i=1,N
       call subroutine1
    enddo
    subroutine subroutine1
         integer*8::var1,var2,var3,...
         do j=1,N
            x=func1(var1,var2,var3,..)
            computations based on x
         enddo
    return
    end
end 

file2.f90

 module func1mod
 contains
     func1(var1,var2,var3,....)
         func1=some computations based on var1, var2, var3, ...
      return
     end function func1
 end module func1mod

function func1 不会修改它的任何参数。它根据参数计算一个值并返回一个值。 # of arguments 很大，但函数少于 30 行代码。减少函数调用开销的最佳方法是什么。 一种方法是内联函数。还有其他出路吗？

【参考方案1】：

您能做的最好的事情就是尽可能明确地说明函数的语义，尽可能提高优化，并让编译器就如何最好地实现调用做出最佳决策。确保虚拟变量标记为intent(in)，并将函数标记为pure - 尽管如果它只有 30 行，编译器无疑会在高度优化时注意到这些东西 - 并检查你的编译器选项，看看你是否有任何东西可以这样做来鼓励（例如）内联。

【讨论】：

在这种情况下，所有参数都是只读的，所以我应该将它们都标记为intent(in)吗？但是通过指定intent(in) 我将获得什么性能提升？我正在使用-O3 flag 进行最高优化编译。还有pure 是做什么的？

pure 告诉编译器该函数没有副作用，是的，标记所有参数 intent(in) 表示在函数期间不会发生任何变化。请注意 -O3 不会开启 all 优化；检查您的编译器手册页，看看是否有任何其他优化标志可能与这种情况相关。

我搜索了pure 并得到了相同的解释。 pure function has no side effects。但是side effects 在这里是什么意思。除了-O3，我使用的是-ipo，因为这个函数在不同的源文件中。

@arunmoezhi - 函数的“无副作用”意味着该函数除了通过其结果之外不会更改程序的状态 - 它不会修改其参数，它不会做 IO，不改变模块变量或共同变量。 PURE 程序对它们有许多特定的限制（所有这些都是约束），这意味着它们不会产生副作用。但请注意，一个程序“实际上”没有副作用才能被提名为纯程序是不够的 - 它必须满足所有特定限制。

轶事：删除 pure 关键字实际上将速度提高了 2 倍，在我的例子中是 gfortran。我的猜测是gfortran 无法弄清楚它可以避免不必要的分配+复制。 >_>

【参考方案2】：

通常，过程调用的开销很低。如果函数有 30 行代码，您可能会获得很少的收益，因为实际函数将支配函数调用。如果您想确定，请测量当前实现的运行时间，然后内联代码并测量该运行时间。

【讨论】：

我不能完全同意。昨天我在 gfortran 上苦苦挣扎，它没有将 6 行元素函数从同一个 midule 内联到三重循环中。代价是巨大的。我最终得到了一个声明函数。当然我用过 O5、finline-functoons 和 flto。

@VladimirF：不内联 6 行函数的原因可能是什么？甚至我也有这样的问题。我在不同的源文件中有一个 30 行函数，并使用了 -finline-limit=500 和 -O3 标志，但它仍然没有内联。但是当我使用 -ipo 时，它被内联了，我得到了 1.5 倍的性能提升。

@arunmoezhi，默认情况下，内联仅限于同一翻译单元中的子例程。 -ipo 告诉编译器还要查看可能的跨单元优化，但会显着减慢编译速度和/或可能破坏代码，因此默认情况下是关闭的。

@HristoIliev：再次感谢您来救我 :) 需要对您的建议进行一些澄清。同一个翻译单元是什么意思？ it could break the code 是什么意思？

@arunmoezhi，相同的翻译单元通常意味着相同的源文件，因为编译器通常一次解析一个源文件。在某些情况下，使用数值不稳定的算法可能会破坏代码。此外，我遇到过一些情况，其中-ipo 与英特尔的编译器导致了神秘的链接错误......