c++ - 内联函数有一个非内联拷贝

Question

在 Agner Fog 的 Optimizing C++ manual他在“内联函数具有非内联拷贝”一节中写道

Function inlining has the complication that the same function may be called from another module. The compiler has to make a non-inlined copy of the inlined function for the sake of the possibility that the function is also called from another module. This non-inlined copy is dead code if no other modules call the function. This fragmentation of the code makes caching less efficient.

让我们对此进行测试。

foo.h

inline double foo(double x) {
    return x;
}

t1.cpp

#include "foo.h"
double t1(double x) {
    return foo(x);
}

main.cpp

#include <stdio.h>
extern double foo(double);

int main(void) {
    printf("%f\n", foo(3.14159));
}

用 g++ t1.cpp main.cpp 编译它运行正常。如果我这样做 g++ -S t1.cpp main.cpp看看装配体，我看到了 main.s调用 t1.s 中定义的函数.做g++ -c main.cpp和 g++ t1.cpp并使用 nm 查看符号显示U _Z3food在 main.o和 W _Z3food在 t1.o .因此很明显，Agner 关于存在非内联拷贝的说法是正确的。

关于 g++ -O1 t1.cpp main.cpp 呢？ ？ 由于 foo 编译失败未定义。 正在做 g++ -O1 t1.cpp和 nm t1.o表明 _Z3food已被剥离。

现在我很困惑。我没想到 g++ 会在启用优化的情况下删除非内联拷贝。

似乎启用了优化inline相当于static inline .但是没有优化inline表示生成了非内联拷贝。

也许 GCC 认为我永远不会想要非内联拷贝。但是我可以想到一个案例。假设我想创建一个库，在库中我想要一个在多个翻译单元中定义的函数(以便编译器可以在每个翻译单元中内联该函数的代码)但我还想要一个链接到我的库的外部模块能够调用库中定义的函数。为此，我显然需要一个非内联版本的函数。

如果我不想要非内联拷贝，Agner 给出的一个建议是使用 static inline .但是从这个question and answers我推断这仅对显示意图有用。因此，一方面很明显它不仅仅是不使用优化的意图，因为它制作了非内联拷贝。但另一方面，通过优化，它似乎只是显示了意图，因为非内联拷贝被剥离了。这令人困惑。

我的问题:

1. GCC 在启用优化的情况下剥离非内联拷贝是否正确？换句话说，如果我不使用 static inline，是否应该始终有一个非内联拷贝？ ？
2. 如果我想确定没有非内联拷贝，我应该使用 static inline ？

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我刚刚意识到我可能误解了 Agner 的陈述。当他说函数 inlinng 时，他可能指的是编译器倾斜代码而不是使用 inline。关键词。换句话说，他可能指的是用 extern 定义的函数。而不是 inline或 static .

例如

//foo.cpp
int foo(int x) {
    return x;
}

float bar(int x) {
    return 1.0*foo(x);
}

和

//main.cpp
#include <stdio.h>    
extern float bar(int x);    
int main(void) {
    printf("%f\n", bar(3));
}

用 gcc -O3 foo.cpp main.cpp 编译表明 foo内联于 bar但是 foo 的非内联拷贝从未使用过的在二进制文件中。

Answer 1

标准规定 inline 方法的完整定义需要在使用它的每个翻译单元中可见:

An inline function shall be defined in every translation unit in which it is odr-used and shall have exactly the same definition in every case (3.2). [...] If a function with external linkage is declared inline in one translation unit, it shall be declared inline in all translation units in which it appears; no diagnostic is required.

(N4140 中的 7.1.2/4)

这确实使您问题中的示例格式不正确。

此规则还包括链接您图书馆的任何外部模块的每个 TU。他们还需要 C++ 代码中的完整定义，例如通过在 header 中定义函数。因此，如果当前翻译不需要，编译器可以安全地省略任何类型的“非内联拷贝”。

关于确定拷贝不存在:该标准不保证任何优化，因此这取决于编译器。有和没有额外的 static 关键字。