使用Visual Studio Compiler分析內聯C ++函數

Question

當大量代碼被編譯器內聯時，我怎樣才能理解Windows上的C ++分析數據？ 即我當然想要測量實際運行的代碼，因此根據定義，我將測量代碼的優化構建。 但似乎我嘗試實際設法解決內聯函數的工具都沒有。

我已經嘗試過Visual Studio 2017 Professional和VTune 2018中的采樣分析器。我嘗試啟用/Zo ，但它似乎沒有任何影響。

我發現以下資源似乎表明只有Visual Studio Ultimate或Premium支持內聯框架信息 - 這仍然適用於Visual Studio 2017嗎？ https://social.msdn.microsoft.com/Forums/en-US/9df15363-5aae-4f0b-a5ad-dd9939917d4c/which-functions-arent-pgo-optimized-using-profile-data?forum=vsdebug

這是一個示例代碼：

#include <cmath>
#include <random>
#include <iostream>

inline double burn()
{
    std::uniform_real_distribution<double> uniform(-1E5, 1E5);
    std::default_random_engine engine;
    double s = 0;
    for (int i = 0; i < 100000000; ++i) {
        s += uniform(engine);
    }
    return s;
}

int main()
{
    std::cout << "random sum: " << burn() << '\n';
    return 0;
}

在發布模式下使用Visual Studio編譯它。 或者在命令行上，嘗試cl /O2 /Zi /Zo /EHsc main.cpp 。 然后嘗試使用Visual Studio中的CPU Sampling Profiler對其進行配置。 你最多會看到這樣的事情：

VTune 2018在Windows上看起來很相似。 在Linux上，perf和VTune顯示來自內聯函數的幀沒有問題...這個功能，在我看來對C ++工具至關重要，真的不是非Premium / Ultimate Visual Studio工具鏈的一部分嗎？ Windows上的人們如何處理這個問題？ 那么/Zo什么意義呢？

編輯：我只是嘗試用clang編譯上面的最小例子，它產生不同的，但仍然不滿意的結果？ 我編譯了clang 6.0.0（trunk），從LLVM rev 318844和clang rev 318874構建。然后我用clang++ -std=c++17 -O2 -g main.cpp -o main.exe編譯我的代碼並運行結果再次使用Visual Studio中的Sampling Profiler執行，結果是：

所以現在我看到了burn功能，但丟失了源文件信息。 此外， uniform_real_distribution仍然沒有在任何地方顯示。

編輯2：正如意見建議，我現在也嘗試了clang-cl用的相同的參數cl之上，即： clang-cl.exe /O2 /Zi /Zo /EHsc main.cpp 。 這產生與clang.exe相同的結果，但我們也得到了一些有效的源映射：

編輯3：我原本以為clang會神奇地解決這個問題。 遺憾的是，它沒有。 大多數內聯框架仍然缺失:(

編輯4： VTune中不支持內聯框架，用於使用MSVC / PDB版本構建的應用程序： https ： //software.intel.com/en-us/forums/intel-vtune-amplifier-xe/topic/749363

Answer 1

我已經嘗試過Visual Studio 2017 Professional和VTune 2018中的采樣分析器。我嘗試啟用/ Zo，但它似乎沒有任何影響。

我發現以下資源似乎表明只有Visual Studio Ultimate或Premium支持內聯框架信息 - 這仍然適用於Visual Studio 2017嗎？

幸運的是，我已經安裝了三個不同版本的VS. 我可以告訴您有關內聯函數信息功能支持的更多信息，如您引用的文章中所述：

• 即使我指定/ d2Zi +，VS Community 2013 Update 5也不支持顯示內聯函數。 它似乎只在VS 2013 Premium或Ultimate中得到支持。
• VS社區2015更新3確實支持表示內聯函數（在所討論的特征的文章 ）。 默認情況下，指定/ Zi。 / Zo使用/ Zi隱式啟用 ，因此您不必明確指定它。 因此，您不需要VS 2015 Premium或Ultimate。
• 帶有最新更新的VS Community 2017不支持顯示內聯功能，無論/ Zi和/ Zo如何。 它似乎僅在VS 2017 Professional和/或Enterprise中受支持。

VC ++博客上沒有關於VS 2017采樣分析器的任何改進的公告，所以我認為與VS Community 2015的分析器相比沒有任何改進。

請注意，編譯器的不同版本可能會做出不同的優化決策。 例如，我觀察到VS 2013和2015沒有內聯burn功能。

通過使用VS Community 2015 Update 3，我得到的分析結果與第三張圖片中顯示的結果非常相似，並突出顯示相同的代碼。

現在，我將討論在解釋分析結果時這些附加信息如何有用，如何通過更多工作手動獲得這些信息，以及如何在內聯函數的情況下解釋結果。

當大量代碼被編譯器內聯時，我怎樣才能理解Windows上的C ++分析數據？

VS剖析器僅將成本歸因於未內聯的函數。 對於內聯函數，成本將被累加並包含在一些未內聯的調用函數中（在本例中為burn函數）。

通過將來自burn的非內聯調用函數的估計執行時間相加（如圖所示），得到31.3 + 22.7 + 4.7 + 1.1 = 59.8％。 此外，如圖所示， Function Body的估計執行時間為40.2％。 請注意，59.8％+ 40.2％= 100％的burn時間，應該是這樣。 換句話說，在burn中花費的時間的40.2％花費在函數的主體中以及在其中內嵌的任何函數中。

40.2％是很多。 下一個合乎邏輯的問題是，哪些函數在burn被內聯？ 通過使用我之前討論過的功能（可在VS Community 2015中獲得），我可以確定在burn中內聯了以下功能：

std::mersenne_twister_engine<unsigned int,32,624,397,31,2567483615,11,4294967295,7,2636928640,15,4022730752,18,1812433253>::{ctor};
std::mersenne_twister<unsigned int,32,624,397,31,2567483615,11,7,2636928640,15,4022730752,18>::{ctor};
std::mersenne_twister<unsigned int,32,624,397,31,2567483615,11,7,2636928640,15,4022730752,18>::seed;
std::uniform_real<double>::operator();
std::uniform_real<double>::_Eval;
std::generate_canonical;

如果沒有該功能，則必須手動反匯編發出的可執行二進制文件（使用VS調試器或使用dumpbin ）並找到所有x86 call指令。 通過將其與源代碼中調用的函數進行比較，您可以確定內聯哪些函數。

此時，VS采樣分析器的功能（包括VS 2017）將結束。 但這確實不是一個重要的限制。 通常，由於編譯器對每個函數的大小施加了硬上限，因此在同一函數中沒有很多函數被內聯。 因此，通常可以手動檢查每個內聯函數的源代碼和/或匯編代碼，並查看該代碼是否會顯着影響執行時間。 我做到了這一點，很可能是burn體（不包括內聯函數）和這兩個內聯函數主要負責40.2％。

std::mersenne_twister<unsigned int,32,624,397,31,2567483615,11,7,2636928640,15,4022730752,18>::seed;
std::uniform_real<double>::_Eval;

綜合考慮所有這些因素，我在這里看到的唯一潛在優化機會就是記住log2的結果。

VTune采樣分析器肯定比VS采樣分析器更強大。 特別是，VTune將成本歸因於各個源代碼行或匯編指令。 但是，這種歸因非常接近並且通常是荒謬的。 所以在解釋以這種方式可視化的結果時我會非常小心。 我不確定VTune是否支持增強優化調試信息，或者它支持在何種程度上支持內聯函數的成本。 提出這些問題的最佳地點是英特爾VTune Amplifier社區論壇 。

Answer 2

我不確定我是否理解你問題中描述的問題。 在您的網站上，我會嘗試使用/ Ob0 Visual C ++編譯器選項。 它必須禁用內聯擴展。

/ Ob編譯器選項控制函數的內聯擴展。 它必須跟隨數字0,1或2。

0禁用內聯擴展。 默認情況下，編譯器會根據所有函數自行決定擴展，通常稱為自動內聯。

1僅允許擴展標記為inline，__ inline或__forceinline的函數，或者擴展為類聲明中定義的C ++成員函數。

2默認值。 允許擴展標記為內聯，__ inline或__forceinline的函數，以及編譯器選擇的任何其他函數。

當使用/ O1 ， / O2 （最小化尺寸，最大化速度）或/ Ox （啟用最高速度優化）時， / Ob2有效。

此選項要求您使用/ O1 ， / O2 ， / Ox或/ Og啟用優化。

在Visual Studio開發環境中設置此編譯器選項

1. 打開項目的“屬性頁”對話框。 有關詳細信息，請參閱使用項目屬性。
2. 展開“配置屬性”，“C / C ++”，然后選擇“優化”。
3. 修改內聯函數擴展屬性。

有關更多信息，請閱讀文章/ Ob（內聯函數擴展）