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リンカーはインライン関数を使用できますか？

ファイルfile1.cには、ファイルfile2.cに実装されている関数の呼び出しがあります。 file1.oとfile2.oを実行可能ファイルにリンクするとき、file2の関数が非常に小さい場合、リンカーは関数が小さいことを自動的に検出し、その呼び出しをインライン化しますか？

coptimizationlinkerinline
45
Squall

Jame McNellisが言及したリンクタイムコード生成（LTCG）のサポートに加えて、GCCツールチェーンはリンクタイムの最適化もサポートします。バージョン4.5以降、GCCは-fltoスイッチをサポートします。これにより、リンク時間最適化（LTO）が有効になります。これは、プログラム全体の最適化の形式であり、個別のオブジェクトファイルから関数をインライン化できます（コンパイラがコンパイル中に実行できるその他の最適化）。すべてのオブジェクトファイルは、単一のCソースファイルからのものであるかのように）。

簡単な例を次に示します。

test.c：

void print_int(int x);

int main(){
    print_int(1);
    print_int(42);
    print_int(-1);

    return 0;
}

print_int.c：

#include <stdio.h>

void print_int( int x)
{
    printf( "the int is %d\n", x);
}

最初にGCC4.5.xを使用してコンパイルします-GCCドキュメントの例では-O2を使用していますが、簡単なテストで目に見える結果を得るには、-O3を使用する必要がありました。

C:\temp>gcc --version
gcc (GCC) 4.5.2

# compile with preparation for LTO
C:\temp>gcc -c -O3 -flto test.c
C:\temp>gcc -c -O3 -flto print_int.c

# link without LTO
C:\temp>gcc -o test-nolto.exe  print_int.o test.o

LTOの効果を得るには、リンク段階でも最適化オプションを使用することになっています。リンカーは実際にコンパイラーを呼び出して、コンパイラーが上記の最初のステップでオブジェクトファイルに入れた中間コードの断片をコンパイルします。この段階でも最適化オプションを渡さないと、コンパイラーは探しているインライン化を実行しません。

# link using LTO
C:\temp>gcc -o test-lto.exe -flto -O3 print_int.o test.o

リンク時間の最適化なしのバージョンの逆アセンブル。 print_int()関数が呼び出されることに注意してください。

C:\temp>gdb test-nolto.exe
GNU gdb (GDB) 7.2
(gdb) start
Temporary breakpoint 1 at 0x401373
Starting program: C:\temp/test-nolto.exe
[New Thread 3324.0xdc0]

Temporary breakpoint 1, 0x00401373 in main ()
(gdb) disassem
Dump of assembler code for function main:
   0x00401370 <+0>:     Push   %ebp
   0x00401371 <+1>:     mov    %esp,%ebp
=> 0x00401373 <+3>:     and    $0xfffffff0,%esp
   0x00401376 <+6>:     sub    $0x10,%esp
   0x00401379 <+9>:     call   0x4018ca <__main>
   0x0040137e <+14>:    movl   $0x1,(%esp)
   0x00401385 <+21>:    call   0x401350 <print_int>
   0x0040138a <+26>:    movl   $0x2a,(%esp)
   0x00401391 <+33>:    call   0x401350 <print_int>
   0x00401396 <+38>:    movl   $0xffffffff,(%esp)
   0x0040139d <+45>:    call   0x401350 <print_int>
   0x004013a2 <+50>:    xor    %eax,%eax
   0x004013a4 <+52>:    leave
   0x004013a5 <+53>:    ret

リンク時間最適化を使用したバージョンの逆アセンブル。 printf()の呼び出しは直接行われることに注意してください。

C:\temp>gdb test-lto.exe

GNU gdb (GDB) 7.2
(gdb) start
Temporary breakpoint 1 at 0x401373
Starting program: C:\temp/test-lto.exe
[New Thread 1768.0x126c]

Temporary breakpoint 1, 0x00401373 in main ()
(gdb) disassem
Dump of assembler code for function main:
   0x00401370 <+0>:     Push   %ebp
   0x00401371 <+1>:     mov    %esp,%ebp
=> 0x00401373 <+3>:     and    $0xfffffff0,%esp
   0x00401376 <+6>:     sub    $0x10,%esp
   0x00401379 <+9>:     call   0x4018da <__main>
   0x0040137e <+14>:    movl   $0x1,0x4(%esp)
   0x00401386 <+22>:    movl   $0x403064,(%esp)
   0x0040138d <+29>:    call   0x401acc <printf>
   0x00401392 <+34>:    movl   $0x2a,0x4(%esp)
   0x0040139a <+42>:    movl   $0x403064,(%esp)
   0x004013a1 <+49>:    call   0x401acc <printf>
   0x004013a6 <+54>:    movl   $0xffffffff,0x4(%esp)
   0x004013ae <+62>:    movl   $0x403064,(%esp)
   0x004013b5 <+69>:    call   0x401acc <printf>
   0x004013ba <+74>:    xor    %eax,%eax
   0x004013bc <+76>:    leave
   0x004013bd <+77>:    ret
End of assembler dump.

そして、これがMSVCでの同じ実験です（最初はLTCGで）：

C:\temp>cl -c /GL /Zi /Ox test.c
Microsoft (R) 32-bit C/C++ Optimizing Compiler Version 16.00.40219.01 for 80x86
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

test.c

C:\temp>cl -c /GL /Zi /Ox print_int.c
Microsoft (R) 32-bit C/C++ Optimizing Compiler Version 16.00.40219.01 for 80x86
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

print_int.c

C:\temp>link /LTCG test.obj print_int.obj /out:test-ltcg.exe /debug
Microsoft (R) Incremental Linker Version 10.00.40219.01
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

Generating code
Finished generating code

C:\temp>"\Program Files (x86)\Debugging Tools for Windows (x86)"\cdb test-ltcg.exe

Microsoft (R) Windows Debugger Version 6.12.0002.633 X86
Copyright (c) Microsoft Corporation. All rights reserved.

CommandLine: test-ltcg.exe
    // ...
0:000> u main
*** WARNING: Unable to verify checksum for test-ltcg.exe
test_ltcg!main:
00cd1c20 6a01            Push    1
00cd1c22 68d05dcd00      Push    offset test_ltcg!__decimal_point_length+0x10 (00cd5dd0)
00cd1c27 e8e3f3feff      call    test_ltcg!printf (00cc100f)
00cd1c2c 6a2a            Push    2Ah
00cd1c2e 68d05dcd00      Push    offset test_ltcg!__decimal_point_length+0x10 (00cd5dd0)
00cd1c33 e8d7f3feff      call    test_ltcg!printf (00cc100f)
00cd1c38 6aff            Push    0FFFFFFFFh
00cd1c3a 68d05dcd00      Push    offset test_ltcg!__decimal_point_length+0x10 (00cd5dd0)
00cd1c3f e8cbf3feff      call    test_ltcg!printf (00cc100f)
00cd1c44 83c418          add     esp,18h
00cd1c47 33c0            xor     eax,eax
00cd1c49 c3              ret
0:000>

今LTCGなし。 MSVCでは、リンカーがLTCGを実行しないように、/GLなしで.cファイルをコンパイルする必要があることに注意してください-そうしないと、リンカーは/GLが指定されたことを検出し、/LTCGオプションを強制します（ねえ、それはあなたが望んでいたことです初めて/GL）：

C:\temp>cl -c /Zi /Ox test.c
Microsoft (R) 32-bit C/C++ Optimizing Compiler Version 16.00.40219.01 for 80x86
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

test.c

C:\temp>cl -c /Zi /Ox print_int.c
Microsoft (R) 32-bit C/C++ Optimizing Compiler Version 16.00.40219.01 for 80x86
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

print_int.c

C:\temp>link test.obj print_int.obj /out:test-noltcg.exe /debug
Microsoft (R) Incremental Linker Version 10.00.40219.01
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

C:\temp>"\Program Files (x86)\Debugging Tools for Windows (x86)"\cdb test-noltcg.exe

Microsoft (R) Windows Debugger Version 6.12.0002.633 X86
Copyright (c) Microsoft Corporation. All rights reserved.

CommandLine: test-noltcg.exe
// ...
0:000> u main
test_noltcg!main:
00c41020 6a01            Push    1
00c41022 e8e3ffffff      call    test_noltcg!ILT+5(_print_int) (00c4100a)
00c41027 6a2a            Push    2Ah
00c41029 e8dcffffff      call    test_noltcg!ILT+5(_print_int) (00c4100a)
00c4102e 6aff            Push    0FFFFFFFFh
00c41030 e8d5ffffff      call    test_noltcg!ILT+5(_print_int) (00c4100a)
00c41035 83c40c          add     esp,0Ch
00c41038 33c0            xor     eax,eax
00c4103a c3              ret
0:000>

MicrosoftのリンカがLTCGでサポートしていることの1つ それはGCCではサポートされていません（私が知る限り） プロファイルガイド最適化（PGO）です。このテクノロジにより、Microsoftのリンカは、プログラムの以前の実行から収集されたプロファイリングデータに基づいて最適化できます。これにより、リンカは「ホット」関数を同じメモリページに収集し、コードシーケンスを他のメモリページに使用することはめったになく、プログラムのワーキングセットを減らすなどのことができます。

編集（2011年8月28日）：-fprofile-generateや-fprofile-useなどのオプションを使用したGCCサポートプロファイルガイド付き最適化ですが、私はそれらについて完全に知らされていません。

これを私に指摘してくれたKonradRudolphに感謝します。

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Michael Burr