C 및 C++의 인라인 함수

소개

C++에서는 다음과 같이 함수 정의 앞에 붙을 수 있는 인라인 키워드를 추가했습니다.

inline int max_int( int a, int b ) {
    return a > b ? a : b;
}

함수가 인라인되어 프로그램 전체의 성능이 향상될 수 있다는 "힌트"를 컴파일러에 제공합니다.

인라인된 함수는 다음과 같은 일반적인 함수 호출 메커니즘을 수행하는 대신 호출될 때마다 코드가 확장되었습니다.

• 등록을 저장하는 중입니다.
• 인수 값을 스택에 푸시합니다.
• 호출 명령을 실행합니다.
• 결국 ret 명령을 실행하는 함수입니다.
• 레지스터를 복원하는 중입니다.

아주 작은 함수의 경우 인라인을 사용하면 성능이 향상될 수 있습니다. 하지만 대부분의 경우와 마찬가지로 장단점이 있습니다.

인라인 키워드는 C99로 백포팅되었지만 요구 사항은 약간 다릅니다. 자세한 내용은 나중에 설명하겠습니다.

매크로와의 차이점

인라인 함수는 함수형 매크로와 같습니다(그리고 많은 용도를 대체하기 위한 것입니다). 일반적으로 인라인 함수는 함수이고 C 또는 C++를 이해하지 못하는 전처리기에 의해 수행되는 단순한 텍스트 대체가 아닌 전체 함수 의미 체계를 갖기 때문에 이는 좋은 것입니다.

max_int() 함수와 기본적으로 동등한 매크로:

#define MAX_INT(A,B)  A > B ? A : B  /* bad implementation */

다음과 같은 문제가 있습니다:

• 확장된 인수(예: MAX(n & 0xFF, 8))로 인해 연산자 우선순위가 잘못될 수 있습니다.
• 부작용이 있는 인수(예: MAX(n++, 8))에는 여러 가지 부작용이 있을 수 있습니다.
• 정의 시 인수에 대한 유형 검사가 없습니다.
• 오류는 장황하고 읽기 어려운 경우가 많습니다.

추가로 매크로:

• 인수를 수정할 수 있습니다(원하는 것이 아님.

인라인 함수에는 이러한 문제가 없지만 동일한 성능 이점을 얻을 수 있습니다. 따라서 함수형 매크로 대신 인라인 함수를 사용하세요.

힌트만

언급한 대로 인라인을 지정하는 것은 단지 인라인되는 함수로 인해 프로그램 전체의 성능이 향상될 수 있다는 컴파일러에 대한 "힌트"입니다. 컴파일러는 힌트를 무시해도 됩니다.

왜요? 좋은 생각이 아니거나 불가능한 경우도 있기 때문입니다. 다음 중 하나에 해당하는 경우 함수는 인라인되지 않거나 일반적으로 인라인되지 않습니다.

• 기능이 너무 큽니다.
• 함수에 대한 포인터를 통해 함수를 호출합니다.
• 함수는 재귀적입니다.
• 함수에 루프가 있습니다.

다른 이유도 있을 수 있습니다. 이는 모두 함수, 인수, 컴파일러 및 제공된 옵션에 따라 크게 달라집니다.

컴파일러가 함수를 인라인할 수 없거나 인라인하지 않기로 선택한 경우에는 (기본적으로) 인라인하지 않았다는 경고를 않습니다. gcc와 같은 일부 컴파일러에는 경고하고 함수가 인라인되지 않은 이유를 알려주는 -Winline 옵션이 있습니다.

인라인을 지정하는 것은 레지스터를 지정하는 이전 코드와 유사합니다. 둘 다 힌트일 뿐입니다.

인라인으로 전환하는 경우(및 그렇지 않은 경우)

대부분의 함수에서 함수 실행 비용의 대부분은 함수 호출 메커니즘이 아닌 함수 본문에 있습니다. 따라서 함수가 인라인 처리에 적합한 후보가 되려면 일반적으로 다음과 같아야 합니다.

• 함수 호출 메커니즘의 비용이 상당할 정도로 작습니다.
• 긴 루프와 같이 실제로 성능이 중요한 장소에 사용됩니다.

의심스러운 경우 코드를 프로파일링하세요. 인라인을 사용하는 것은 "더 빠르게 만들어주는" 마법의 키워드가 아닙니다. 또한 인라인을 과도하게 사용하면 코드가 팽창하여 프로그램 성능이 전반적으로 더 악화

될 수 있습니다.

자세한 내용은 인라인 질병을 참조하세요.

인라인 처리에 적합한 함수는 다음과 같습니다.

• 'getters' 및 'setters'와 같은 '한 줄짜리'
• 인수에 대한 특정 값을 제공하거나 캐스트를 수행하는 다른 함수 호출에 대한 간단한 래퍼입니다.

이상적인 인라인 함수는 두 가지 성능을 향상하고 코드 크기를 줄입니다.

그러나 인라인 함수에 대한 한 가지 주의 사항은 정의가 변경되면 해당 함수를 사용하는 모든 코드를 다시 컴파일해야 한다는 것입니다.

인라인 최적화

인라인 함수가 실제로 컴파일러에 의해 인라인되면 컴파일러는 일반적인 함수 호출 메커니즘에 대한 코드를 제거하는 것 외에도 다음을 수행할 수도 있습니다.

• Eliminate one or more function arguments completely whose values are constants via immediate addressing.
• Perform better optimizations spanning the code the function is inlined into that it normally couldn’t perform across function boundaries.

Inline Function Definition

In order for the compiler to be able to inline a function, it has to be able to “see” its definition (not just its declaration) in every .c or .cpp file it’s used in just like a macro. Hence, an inline function must be defined in a header file.

Normally, a function, like everything else, must have exactly one definition by adhering to the one definition rule (ODR). However, since the definition of an inline function is “seen” in multiple .c or .cpp files, the ODR is suspended for that function.

It is possible to have different definitions for inline functions having the same name, but this results in undefined behavior since the compiler has no way to check that every definition is the same.

To inline a function in C++, all you need do is prefix the function definition with inline — that’s it. The compiler and/or linker will automatically discard all but one definition from the final executable file for you.

However, to inline a function in C, you additionally must explicitly tell the compiler into what .o file to put the one definition in the event the compiler is either unable or unwilling to inline a function via extern inline.

For example, in exactly one .c file, you would declare a function like:

// util.c
extern inline int max_int( int, int );

That tells the compiler to “put the one definition for max_int() into util.o.”

Alternatively in C, you can instead declare an inline function static also:

static inline int max_int( int a, int b ) {
    return a > b ? a : b;
}

If you do this, then:

• You do not have to declare a function extern inline anywhere.
• However, if the compiler doesn’t inline a function, it will generate a definition in every .c file it’s included into again leading to code bloat.
• If the function has any static local variables, every definition will have distinct copies (that may or may not be what you want).

Conclusion

Inline functions, if used judiciously, can yield performance gains. Generally, only very small functions are good candidates for inlining.

Starting in C++11, inline functions can alternatively be declared constexpr, but that’s a story for another time.

References

• Linux kernel coding style, §15 The inline disease.
• Myth and reality about inline in C99.
• The Annotated C++ Reference Manual, Margaret A. Ellis & Bjarne Stroustrup, Addison-Wesley, 1990, ISBN 0-201-51459-1, §7.1.2 Function Specifiers, pp. 99–105.

위 내용은 C 및 C++의 인라인 함수의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!