编译器会优化掉调用一次的函数吗

Question

我一直在阅读 Robert C Martin 的“Clean Code”，其中一条建议是使用更多但更小的函数； 即代替

int main(){

    // do one thing
    // ... 10 lines of code

    // do another thing
    // ... another 10 lines of code

    // one last thing
    // ... another 10 lines

    return 0;
}

你应该

int main(){
    doOneThing();
    doAnotherThing();
    oneLastThing();
}

void doOneThing(){
    ... 10 lines of code
}

// ... you get the idea

然而，根据我对低级语言的理解，我知道当调用 function 时，变量被压入堆栈并且堆栈指针递增等，而对于连续代码，则不需要这样做。

另一方面，编译器优化可以做一些很酷的事情，比如内联 class 方法。 假设doOneThing被调用一次，编译器能否将这段代码推断出代码可以展开到main()中，并完全消除 function 调用和相关的运行时开销？

Answer 1

问题的前一个版本是关于 C++ 或 C。我确信它需要一种语言的上下文才能以有意义的方式讨论这个话题，所以我选择留在 C++。

C++ 并不是真正的“低级”。 您编写的代码不是针对您的 CPU 的指令。 在您的代码和运行时实际发生的事情之间，存在最复杂的软件之一：您的编译器。 当您打开优化时，您的编译器将分析您的代码并尝试生成最有效的可执行文件，该可执行文件在运行时的行为与您的代码在字面意义上（即没有优化）一样。

这是由所谓的 as-if 规则支配的。 调用 function 不是可观察到的行为。 如果 function 较小，编译器会将调用内联到 function。

另一方面，当然拨打function是有成本的，但是这个成本比较小。 你需要开始担心这个开销，当 function 非常小，比如只有 1 或 2 行时，并且（这很重要。）由于某种原因编译器无法内联调用。 例如，这可能是因为 function 是虚拟的。

你问的是编译器是否可以优化它，所以我只举一个例子。 带有-O3的 Gcc 将为以下代码生成以下 output：

int foo() { return 42;}
int bar() { return 0;}
int moo() { return 1;}


int main() {
    return foo() + bar() + moo();
}

output :

foo():
        mov     eax, 42
        ret
bar():
        xor     eax, eax
        ret
moo():
        mov     eax, 1
        ret
main:
        mov     eax, 43
        ret

你可以看到main中的帽子被调用了。 编译器检查表达式foo() + bar() + moo()并意识到它总是等于43 。 无需调用 function 即可返回43 。

这是一个愚蠢的例子，但对于一般情况，如果你确实想看看编译器做了什么，你需要做同样的事情：看看编译器 output。

为此，您需要先编写代码。 首先推测哪些代码效率更高或效率更低是没有用的。 您首先需要编写代码。 因为无论如何你都需要这样做，你可以编写干净简单的人类可理解的代码。 那是您的编译器最了解并知道如何优化的代码，因为这也是其他程序员编写的代码。