帮助编译器优化函数指针

Question

在 C 中实现类似 OO 的代码封装和多态性的常用方法是将不透明指针返回到包含一些函数指针的结构。这是一种非常常见的模式，例如在 Linux 内核中。

使用函数指针而不是函数调用会引入开销，由于缓存，该开销几乎可以忽略不计，正如其他问题中已经讨论的那样。

但是，使用 GCC (>4.6) 的新 -fwhole-program 和 -flto 优化选项，情况发生了变化。

libPointers.c

#include <stdlib.h>
#include "libPointers.h"

void do_work(struct worker *wrk, const int i) 
{
        wrk->datum += i;
}

struct worker *libPointers_init(const int startDatum)
{
        struct worker *wrk = malloc (sizeof (struct worker));

        *wrk = (struct worker) {
                .do_work = do_work,
                .datum = startDatum
        };

        return wrk;
}

libPointers.h

#ifndef __LIBPOINTERS_H__
#define __LIBPOINTERS_H__


struct worker {
        int datum;

        void (*do_work)(struct worker *, int i);
};

extern void do_work (struct worker *elab, const int i);

struct worker *libPointers_init(const int startDatum);


#endif //__LIBPOINTERS_H__

testPointers.c

#include <stdio.h>
#include "libPointers.h"


int main (void)
{
        unsigned long i;
        struct worker *wrk;

        wrk = libPointers_init(56);

        for (i = 0; i < 1e10; i++) {
#ifdef USE_POINTERS
                wrk->do_work(wrk,i);
#else
                do_work(wrk,i);
#endif
        }

        printf ("%d\n", wrk->datum);
}

使用 -O3 编译，但没有 -flto -fwhole-program 标志，无论 USE_POINTERS 是否为#defined，testPointers 在我的机器上执行大约需要 25 秒。

如果我打开 -flto -fwhole-program 标志，使用 USE_POINTERS #defined testPointers 大约需要 25 秒，但如果使用函数调用则大约需要 14 秒。

这是完全预期的行为，因为我知道编译器将内联并优化循环中的函数。但是，我想知道是否有办法帮助编译器告诉它函数指针是常量，从而允许它也优化这种情况。

对于那些使用 cmake 的人，这是我的编译方式

CMakeLists.txt

set (CMAKE_C_FLAGS "-O3 -fwhole-program -flto")
#set (CMAKE_C_FLAGS "-O3")
add_executable(testPointers
        libPointers.c
        testPointers.c
        )

Answer 1

如果你在循环中调用函数指针，你可以在函数指针内移动循环。

Answer 2

编译器不能内联函数，除非它可以确定只调用该函数的一个可能版本。通过指针调用，情况并非显而易见。编译器仍然有可能弄清楚它，因为如果您按照代码进行操作，则指针只能采用一个可能的值；但是，这将超出我对编译器的预期。