Tại sao không biên dịch nội tuyến mọi thứ? [đóng cửa]

Đôi khi biên dịch các hàm gọi nội tuyến. Điều đó có nghĩa là họ di chuyển mã của hàm được gọi vào hàm gọi. Điều này làm cho mọi thứ nhanh hơn một chút vì không cần phải đẩy và bật các thứ trên và ngoài ngăn xếp cuộc gọi.

Vì vậy, câu hỏi của tôi là, tại sao không biên dịch nội tuyến tất cả mọi thứ? Tôi cho rằng nó sẽ làm cho việc thực thi nhanh hơn đáng kể.

Lý do duy nhất tôi có thể nghĩ đến là một tệp thực thi lớn hơn đáng kể, nhưng nó có thực sự quan trọng trong những ngày này với hàng trăm GB bộ nhớ không? Không phải hiệu suất được cải thiện có đáng không?

Có bất kỳ lý do nào khác tại sao trình biên dịch không chỉ nội tuyến tất cả các lệnh gọi hàm không?

Đầu tiên lưu ý rằng một tác dụng chính của nội tuyến là nó cho phép tối ưu hóa hơn nữa được thực hiện tại trang web cuộc gọi.

Đối với câu hỏi của bạn: có những điều khó hoặc thậm chí không thể nội tuyến:

• thư viện liên kết động

• chức năng xác định động (công văn động, được gọi thông qua con trỏ chức năng)

• chức năng đệ quy (có thể đệ quy đuôi)

• các hàm mà bạn không có mã (nhưng tối ưu hóa thời gian liên kết cho phép điều này đối với một số trong số chúng)

Sau đó, nội tuyến không chỉ có tác dụng có lợi:

• thực thi lớn hơn có nghĩa là vị trí đĩa nhiều hơn và thời gian tải lớn hơn

• thực thi lớn hơn có nghĩa là tăng áp lực bộ đệm (lưu ý rằng nội tuyến các hàm đủ nhỏ như getters đơn giản có thể làm giảm kích thước thực thi và áp lực bộ đệm)

Và cuối cùng, đối với các hàm mất một thời gian không quan trọng để thực thi, mức tăng chỉ không đáng để chịu đựng.

Một hạn chế chính là đa hình thời gian chạy. Nếu có một công văn động xảy ra khi bạn viết foo.bar()thì không thể thực hiện cuộc gọi phương thức. Điều này giải thích tại sao trình biên dịch không nội tuyến mọi thứ.

Các cuộc gọi đệ quy cũng không thể dễ dàng được nội tuyến.

Nội tuyến chéo cũng khó thực hiện vì lý do kỹ thuật (không thể biên dịch lại gia tăng)

Tuy nhiên, trình biên dịch làm nội tuyến rất nhiều thứ.

Đầu tiên, bạn không thể luôn luôn nội tuyến, ví dụ các hàm đệ quy có thể không phải lúc nào cũng có thể inlinable (nhưng một chương trình chứa định nghĩa đệ quy factchỉ với một bản in fact(8)có thể được nội tuyến).

Sau đó, nội tuyến không phải lúc nào cũng có lợi. Nếu trình biên dịch nội tuyến nhiều đến mức mã kết quả đủ lớn để các phần nóng của nó không khớp với bộ đệm của lệnh L1, thì nó có thể chậm hơn nhiều so với phiên bản không nội tuyến (có thể dễ dàng phù hợp với bộ đệm L1) ... Ngoài ra, các bộ xử lý gần đây rất nhanh trong việc thực hiện một CALLlệnh máy (ít nhất là đến một vị trí đã biết, tức là một cuộc gọi trực tiếp, không phải là một con trỏ thông qua cuộc gọi).

Cuối cùng, nội tuyến đầy đủ đòi hỏi một phân tích toàn bộ chương trình. Điều này có thể không thể (hoặc quá tốn kém). Với C hoặc C ++ được biên dịch bởi GCC (và cả với Clang / LLVM ), bạn cần kích hoạt tối ưu hóa thời gian liên kết (bằng cách biên dịch và liên kết với ví dụ g++ -flto -O2) và điều đó mất khá nhiều thời gian biên dịch.

Đáng ngạc nhiên là có vẻ như, nội tuyến mọi thứ không nhất thiết phải giảm thời gian thực hiện. Kích thước mã tăng lên của bạn có thể khiến CPU gặp khó khăn trong việc giữ tất cả mã của bạn trong bộ đệm của nó cùng một lúc. Một lỗi bộ nhớ cache trên mã của bạn trở nên có khả năng hơn và một lỗi bộ nhớ cache đắt tiền. Điều này được thực hiện tồi tệ hơn nhiều nếu các chức năng có khả năng nội tuyến của bạn lớn.

Thỉnh thoảng tôi đã cải thiện hiệu suất đáng chú ý bằng cách lấy các đoạn mã lớn được đánh dấu là 'nội tuyến' ra khỏi các tệp tiêu đề, đặt chúng vào mã nguồn, do đó mã chỉ ở một nơi thay vì ở mọi trang web cuộc gọi. Sau đó, bộ đệm CPU được sử dụng tốt hơn và bạn cũng có được thời gian biên dịch tốt hơn ...

Nội tuyến mọi thứ không có nghĩa là chỉ tăng mức tiêu thụ bộ nhớ đĩa mà còn tăng mức tiêu thụ bộ nhớ trong mà không dồi dào. Hãy nhớ rằng mã cũng dựa vào bộ nhớ trong đoạn mã; nếu một hàm được gọi từ 10000 vị trí (giả sử các hàm từ các thư viện chuẩn trong một dự án khá lớn), thì mã cho hàm đó chiếm bộ nhớ trong gấp 10000 lần.

Một lý do khác có thể là trình biên dịch JIT; nếu mọi thứ là nội tuyến thì sẽ không có điểm nóng nào được biên dịch động.

Một, có những ví dụ đơn giản trong đó việc sắp xếp mọi thứ sẽ diễn ra rất tệ. Hãy xem xét mã C đơn giản này:

void f1 (void) { printf ("Hello, world\n"); }
void f2 (void) { f1 (); f1 (); f1 (); f1 (); }
void f3 (void) { f2 (); f2 (); f2 (); f2 (); }
...
void f99 (void) { f98 (); f98 (); f98 (); f98 (); }

Đoán những gì nội tuyến sẽ làm cho bạn.

Tiếp theo, bạn đưa ra giả định rằng nội tuyến sẽ làm mọi thứ nhanh hơn. Đó là trường hợp đôi khi, nhưng không phải luôn luôn. Một lý do là mã phù hợp với bộ đệm hướng dẫn chạy nhanh hơn rất nhiều. Nếu tôi gọi một hàm từ 10 vị trí, tôi sẽ luôn chạy mã trong bộ đệm hướng dẫn. Nếu nó được nội tuyến, thì các bản sao ở khắp mọi nơi và chạy chậm hơn rất nhiều.

Có những vấn đề khác: Nội tuyến tạo ra các chức năng rất lớn. Các chức năng khổng lồ khó hơn rất nhiều để tối ưu hóa. Tôi đã đạt được mức tăng đáng kể trong mã quan trọng về hiệu năng bằng cách ẩn các hàm vào một tệp riêng biệt để ngăn trình biên dịch nội tuyến. Do đó, mã được tạo cho các hàm này tốt hơn nhiều khi chúng bị ẩn.

BTW. Tôi không có "hàng trăm GB bộ nhớ". Máy tính hoạt động của tôi thậm chí không có "hàng trăm GB dung lượng ổ cứng". Và nếu ứng dụng của tôi có "bộ nhớ hàng trăm GB", sẽ mất 20 phút để tải ứng dụng vào bộ nhớ.