为啥调用函数时会有开销？

Posted 2023-02-21

【中文标题】为啥调用函数时会有开销？

【英文标题】：Why is there overhead when calling functions?为什么调用函数时会有开销？

【发布时间】：2015-10-25 02:10:16

【问题描述】：

通常，人们谈到在程序中调用函数会产生一定量的开销，或者是不可避免的一组额外的关注点和情况。与没有函数调用的类似程序相比，这可以更好地解释和比较吗？

【问题讨论】：

What happens in assembly language when you call a method/function? 的可能重复项

你指的“这些套路”是什么？

内联并不总是可能的。递归函数、虚函数和函数指针都是示例。 （有时它们仍然可以内联，但不是在一般情况下）

同样重要的是要注意，输入参数有时是常量值（硬编码参数，例如循环计数，在编译时已知，但因调用站点而异）。 inlineing 此类函数会将这些常量值暴露给编译器，从而实现更积极的优化。

【参考方案1】：

这取决于您的编译器设置及其优化代码的方式。一些函数是内联的。其他人不是。这通常取决于您是针对大小进行优化还是针对速度进行优化。

一般来说，调用函数会导致延迟有两个原因：

程序需要挂钩到内存中函数代码开始的某个随机位置。为此，它需要将当前光标位置保存到堆栈中，以便知道从哪里返回。此进程消耗多个 CPU 周期。

根据您的 CPU 体系结构，可能存在一个管道，它与您当前的指令执行并行地将内存中的下几条指令提取到 CPU 缓存中。这是为了加快执行速度。当您调用一个函数时，游标会挂接到一个完全不同的地址，并且所有缓存的指令都会从管道中刷新。这会导致进一步的延迟。

【讨论】：

1) 和 2) 不是标准。现代架构可以很好地预测代码执行。另请注意，函数调用总是是可预测的，因为您知道执行的位置，因此您可以预取代码并填充管道。那里没有延误。

它们适用于 x86 架构 AFAIK

不，x86 CALL 这些天大约是一个周期。

调用约定也很重要。需要保存和恢复被调用者和调用者破坏的寄存器。当您添加堆栈调整和帧指针时，内联小函数通常更便宜，即使在优化大小时也是如此。

【参考方案2】：

另请参阅 here 和 here，了解有关内联何时有意义的讨论。

内联

一般情况下，您只能向编译器建议inline 一个函数，但编译器可能会做出其他决定。 Visual Studio 提供了自己的 forceinline 关键字。有些函数不能内联，例如当它们是递归的或在编译时无法确定目标函数时（通过函数表调用，C++ 中的虚函数调用）。

我建议你相信编译器是否应该内联函数。如果您真的想内联代码，请考虑改用宏。

开销

使用函数时内存开销最小，因为您不会重复代码；内联代码被复制到调用站点。现在的性能开销可以忽略不计，因为现代架构真的很好地预测和调用，只需大约 1-2 个周期开销。

【参考方案3】：

函数可以是inlined，但规范（大多数情况下）是函数位于特定地址，传递给函数的值放入堆栈，然后将结果放入堆栈并返回。

【讨论】：

在优化代码以使数据尽可能接近执行时，几乎所有架构都使用基于寄存器的调用约定。返回值总是在寄存器中返回。

有些是，但我认为这是一种优化。我做了很多嵌入式编程，其中很多都没有多少寄存器空间来做到这一点。

@Jens x86 仍然使用基于堆栈的调用约定，并且由于缺少寄存器，大多数其他微控制器仍然使用堆栈来传递参数。仅当寄存器足够小以适合 1 或 2 个寄存器时，返回值才会通过寄存器传递，否则将通过堆栈返回

【参考方案4】：

如果满足某些条件，函数当然可以内联，但它们绝对不总是内联。大多数情况下，调用函数会产生真正的非内联函数调用。函数调用附带一些额外的费用，例如

根据函数的调用约定为函数准备参数 接收函数的返回值 函数序言和结语代码，负责本地内存管理、参数内存管理和寄存器值保存 函数可能会破坏某些 CPU 寄存器，从而破坏它们在调用代码中的使用，从而阻碍优化 以非线性方式执行的代码的 CPU 缓存友好和虚拟内存友好行为较少

如果函数体内嵌到调用代码中，所有这些都会产生开销。