前言

在前一篇文章中分享了編譯器優(yōu)化的變量捕獲部分，本文分享編譯器優(yōu)化的另一個(gè)內(nèi)容—函數(shù)內(nèi)聯(lián)。函數(shù)內(nèi)聯(lián)是指將將較小的函數(shù)內(nèi)容，直接放入到調(diào)用者函數(shù)中，從而減少函數(shù)調(diào)用的開銷

函數(shù)內(nèi)聯(lián)概述

我們知道每一個(gè)高級(jí)編程語言的函數(shù)調(diào)用，成本都是在與需要為它分配棧內(nèi)存來存儲(chǔ)參數(shù)、返回值、局部變量等等，Go的函數(shù)調(diào)用的成本在于參數(shù)與返回值棧復(fù)制、較小的棧寄存器開銷以及函數(shù)序言部分的檢查棧擴(kuò)容（Go語言中的棧是可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)容的，因?yàn)镚o在分配棧內(nèi)存不是逐漸增加的，而是一次性分配，這樣是為了避免訪問越界，它會(huì)一次性分配，當(dāng)檢查到分配的棧內(nèi)存不夠用時(shí)，它會(huì)擴(kuò)容一個(gè)足夠大的?？臻g，并將原來?xiàng)Ｖ械膬?nèi)容拷貝過來）

下邊寫一段代碼，通過Go的基準(zhǔn)測(cè)試來測(cè)一下函數(shù)內(nèi)聯(lián)帶來的效率提升

import "testing"
//go:noinline //禁用內(nèi)聯(lián)。如果要開啟內(nèi)聯(lián)，將該行注釋去掉即可
func max(a, b int) int {
	if a > b {
		return a
	}
	return b
}
var Result int
func BenchmarkMax(b *testing.B)  {
	var r int
	for i:=0; i< b.N; i++ {
		r = max(-1, i)
	}
	Result = r
}

在編譯的過程中，Go的編譯器其實(shí)會(huì)計(jì)算函數(shù)內(nèi)聯(lián)花費(fèi)的成本，所以只有簡單的函數(shù)，才會(huì)觸發(fā)函數(shù)內(nèi)聯(lián)。在后邊函數(shù)內(nèi)聯(lián)的源碼實(shí)現(xiàn)中，我們可以看到下邊這些情況不會(huì)被內(nèi)聯(lián)：

• 遞歸函數(shù)
• 函數(shù)前有如下注釋的：go:noinline、go:norace、go:nocheckptr、go:uintptrescapes等
• 沒有函數(shù)體
• 函數(shù)聲明的抽象語法樹中節(jié)點(diǎn)數(shù)大于5000（我的Go版本是1.16.6）（也就是函數(shù)內(nèi)部語句太多的情況，也不會(huì)被內(nèi)聯(lián)）
• 函數(shù)中包含閉包（OCLOSURE）、range（ORANGE）、select（OSELECT）、go（OGO）、defer（ODEFER）、type（ODCLTYPE）、返回值是函數(shù)（ORETJMP）的，都不會(huì)內(nèi)聯(lián)

我們也可以構(gòu)建或編譯的時(shí)候，通過參數(shù)去控制它是否可以內(nèi)聯(lián)。如果希望程序中所有的函數(shù)都不執(zhí)行內(nèi)聯(lián)操作

go build -gcflags="-l" xxx.go
go tool compile -l xxx.go

同樣我們?cè)诰幾g時(shí)，也可以查看哪些函數(shù)內(nèi)聯(lián)了，哪些函數(shù)沒內(nèi)聯(lián)，以及原因是什么

go tool compile -m=2 xxx.go

看一個(gè)例子

package main
func test1(a, b int) int {
	return a+b
}
func step(n int) int {
	if n < 2 {
		return n
	}
	return step(n-1) + step(n-2)
}
func main()  {
	test1(1, 2)
	step(5)
}

可以看到test1這個(gè)函數(shù)是可以內(nèi)聯(lián)的，因?yàn)樗暮瘮?shù)體很簡單。step這個(gè)函數(shù)因?yàn)槭沁f歸函數(shù)，所以它不會(huì)進(jìn)行內(nèi)聯(lián)

函數(shù)內(nèi)聯(lián)底層實(shí)現(xiàn)

這里邊其實(shí)每一個(gè)函數(shù)調(diào)用鏈都很深，我這里不會(huì)一行一行的解釋代碼的含義，僅僅會(huì)將一些核心的方法拿出來介紹一下，感興趣的小伙伴可以自己去調(diào)試一下(前邊有發(fā)相關(guān)文章)（Go源碼調(diào)試方法）

還是前邊提到多次的Go編譯入口文件，你可以在入口文件中找到這段代碼

Go編譯入口文件：src/cmd/compile/main.go -> gc.Main(archInit)
// Phase 5: Inlining
if Debug.l != 0 {
		// 查找可以內(nèi)聯(lián)的函數(shù)
		visitBottomUp(xtop, func(list []*Node, recursive bool) {
			numfns := numNonClosures(list)
			for _, n := range list {
				if !recursive || numfns > 1 {
					caninl(n)
				} else {
					......
				}
				inlcalls(n)
			}
		})
	}
	for _, n := range xtop {
		if n.Op == ODCLFUNC {
			devirtualize(n)
		}
	}

下邊就看一下每個(gè)方法都在做哪些事情

visitBottomUp

該方法有兩個(gè)參數(shù)：

• xtop：前邊已經(jīng)見過它了，它存放的是每個(gè)聲明語句的抽象語法樹的根節(jié)點(diǎn)數(shù)組
• 第二個(gè)參數(shù)是一個(gè)函數(shù)（該函數(shù)也有兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是滿足是函數(shù)類型聲明的抽象語法樹根節(jié)點(diǎn)數(shù)組，一個(gè)是bool值，true表示是遞歸函數(shù)，false表示不是遞歸函數(shù)）

進(jìn)入到visitBottomUp方法中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它主要是遍歷xtop，并對(duì)每個(gè)抽象語法樹的根節(jié)點(diǎn)調(diào)用了visit這個(gè)方法（僅針對(duì)是函數(shù)類型聲明的抽象語法樹）

func visitBottomUp(list []*Node, analyze func(list []*Node, recursive bool)) {
	var v bottomUpVisitor
	v.analyze = analyze
	v.nodeID = make(map[*Node]uint32)
	for _, n := range list {
		if n.Op == ODCLFUNC && !n.Func.IsHiddenClosure() { //是函數(shù)，并且不是閉包函數(shù)
			v.visit(n)
		}
	}
}

而visit方法的核心是調(diào)用了inspectList方法，通過inspectList對(duì)抽象語法樹按照深度優(yōu)先搜索進(jìn)行遍歷，并將每一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為inspectList方法的第二個(gè)參數(shù)（是一個(gè)函數(shù)）的參數(shù)，比如驗(yàn)證這個(gè)函數(shù)里邊是否有遞歸調(diào)用等（具體就是下邊的switch case）

func (v *bottomUpVisitor) visit(n *Node) uint32 {
	if id := v.nodeID[n]; id > 0 {
		// already visited
		return id
	}
	......
	v.stack = append(v.stack, n)
	inspectList(n.Nbody, func(n *Node) bool {
		switch n.Op {
		case ONAME:
			if n.Class() == PFUNC {
				......
			}
		case ODOTMETH:
			fn := asNode(n.Type.Nname())
			......
			}
		case OCALLPART:
			fn := asNode(callpartMethod(n).Type.Nname())
			......
		case OCLOSURE:
			if m := v.visit(n.Func.Closure); m < min {
				min = m
			}
		}
		return true
	})
		v.analyze(block, recursive)
	}
	return min
}

后邊通過調(diào)用visitBottomUp的第二個(gè)參數(shù)傳遞的方法，對(duì)抽象語法樹進(jìn)行內(nèi)聯(lián)的判斷及內(nèi)聯(lián)操作，具體就是caninl和inlcalls這兩個(gè)方法

caninl

該方法的作用就是驗(yàn)證是函數(shù)類型聲明的抽象語法樹是否可以內(nèi)聯(lián)

這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)很簡單，首先是通過很多的if語句驗(yàn)證函數(shù)前邊是否有像go:noinline等這種標(biāo)記

func caninl(fn *Node) {
	if fn.Op != ODCLFUNC {
		Fatalf("caninl %v", fn)
	}
	if fn.Func.Nname == nil {
		Fatalf("caninl no nname %+v", fn)
	}
	var reason string // reason, if any, that the function was not inlined
	......
	// If marked "go:noinline", don't inline
	if fn.Func.Pragma&Noinline != 0 {
		reason = "marked go:noinline"
		return
	}
	// If marked "go:norace" and -race compilation, don't inline.
	if flag_race && fn.Func.Pragma&Norace != 0 {
		reason = "marked go:norace with -race compilation"
		return
	}
	......
	// If fn has no body (is defined outside of Go), cannot inline it.
	if fn.Nbody.Len() == 0 {
		reason = "no function body"
		return
	}
	visitor := hairyVisitor{
		budget:        inlineMaxBudget,
		extraCallCost: cc,
		usedLocals:    make(map[*Node]bool),
	}
	if visitor.visitList(fn.Nbody) {
		reason = visitor.reason
		return
	}
	if visitor.budget < 0 {
		reason = fmt.Sprintf("function too complex: cost %d exceeds budget %d", inlineMaxBudget-visitor.budget, inlineMaxBudget)
		return
	}
	n.Func.Inl = &Inline{
		Cost: inlineMaxBudget - visitor.budget,
		Dcl:  inlcopylist(pruneUnusedAutos(n.Name.Defn.Func.Dcl, &visitor)),
		Body: inlcopylist(fn.Nbody.Slice()),
	}
	......
}

這里邊還有一個(gè)主要的方法就是visitList，它是用來驗(yàn)證函數(shù)里邊是否有我們上邊提到的go、select、range等等這些語句。對(duì)于滿足內(nèi)聯(lián)條件的，它會(huì)將改寫該函數(shù)聲明抽閑語法樹的內(nèi)聯(lián)字段(Inl)

inlcalls

該方法中就是具體的內(nèi)聯(lián)操作，比如將函數(shù)的參數(shù)和返回值轉(zhuǎn)換為調(diào)用者中的聲明語句等。里邊的調(diào)用和實(shí)現(xiàn)都比較復(fù)雜，這里不粘代碼了，大家可自行去看。函數(shù)內(nèi)聯(lián)的核心方法都在如下文件中

src/cmd/compile/internal/gc/inl.go

以上就是Go編譯原理之函數(shù)內(nèi)聯(lián)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Go編譯原理函數(shù)內(nèi)聯(lián)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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