Warum entsteht Overhead beim Aufrufen von Funktionen?

Oft spricht man vom Aufruf von Funktionen, die eine bestimmte Menge an erzeugen Overhead, oder eine unausweichliche Reihe zusätzlicher Bedenken und Umstände in einem Programm. Kann man das besser erklären und mit einem ähnlichen Programm ohne den Funktionsaufruf vergleichen?

Dies hängt von Ihren Compilereinstellungen und der Art und Weise ab, wie der Code optimiert wird. Einige Funktionen sind eingebettet. Andere sind es nicht. Es hängt normalerweise davon ab, ob Sie auf Größe oder Geschwindigkeit optimieren.

Im Allgemeinen verursacht der Aufruf einer Funktion aus zwei Gründen Verzögerungen:

• Das Programm muss sich an einer zufälligen Stelle im Speicher einklinken, an der Ihr Funktionscode beginnt. Dazu muss er die aktuelle Cursorposition in einem Stack speichern, damit er weiß, wohin er zurückkehren muss. Dieser Prozess verbraucht mehr als einen CPU-Zyklus.

• Abhängig von Ihrer CPU-Architektur kann es eine Pipeline geben, die parallel zu Ihrer aktuellen Befehlsausführung die nächsten paar Befehle aus dem Speicher in den CPU-Cache holt. Dies soll die Ausführungsgeschwindigkeit beschleunigen. Wenn Sie eine Funktion aufrufen, hängt sich der Cursor an eine völlig andere Adresse und alle zwischengespeicherten Anweisungen werden aus der Pipeline gelöscht. Dies führt zu weiteren Verzögerungen.

Siehe auch hier und hier für eine Diskussion darüber, wann Inlining sinnvoll ist.

• Einfügen

  Generell kann man den Compiler nur anregen inline eine Funktion, aber der Compiler könnte anders entscheiden. Visual Studio bietet eine eigene forceinline Stichwort aber. Einige Funktionen können nicht inliniert werden, z. B. wenn sie rekursiv sind oder wenn die Zielfunktion zur Kompilierzeit nicht bestimmt werden kann (Aufrufe über Funktionstabellen, virtuelle Funktionsaufrufe in C++).

  Ich schlage vor, Sie vertrauen dem Compiler, ob eine Funktion inliniert werden soll oder nicht. Wenn Sie Ihren Code wirklich einbetten möchten, sollten Sie stattdessen ein Makro verwenden.

• Overhead

  Der Speicheraufwand ist minimal, wenn Sie Funktionen verwenden, da Sie keinen Code duplizieren. Inline-Code wird in die Aufrufsite dupliziert. Der Leistungsaufwand ist heutzutage vernachlässigbar, da moderne Architekturen dies sind Ja wirklich gutes Vorhersagen und Aufrufen mit nur etwa 1-2 Zyklen Overhead.

Die Funktionen können sein inlinedaber die Norm (meistens) ist, dass sich Funktionen an einer bestimmten Adresse befinden und an die Funktion übergebene Werte auf den Stapel gelegt werden und das Ergebnis dann auf den Stapel gelegt und zurückgegeben wird.

Funktioniert bestimmt kann inline sein, wenn einige Bedingungen erfüllt sind, aber sie sind definitiv nicht immer inline. Meistens erzeugt der Aufruf einer Funktion einen echten, nicht eingebetteten Funktionsaufruf. Ein Funktionsaufruf ist mit einigen zusätzlichen Ausgaben verbunden, wie z

• Vorbereiten von Parametern für die Funktion gemäß der Aufrufkonvention der Funktion
• Empfangen des Rückgabewerts der Funktion
• Funktionsprolog- und Epilogcode, verantwortlich für lokale Speicherverwaltung, Parameterspeicherverwaltung und Registerwerterhaltung
• Die Funktion kann einige CPU-Register überlasten, wodurch ihre Verwendung im aufrufenden Code unterbrochen und somit Optimierungen behindert werden
• Weniger CPU-Cache-freundliches und virtuelles Speicher-freundliches Verhalten von Code, der auf nichtlineare Weise ausgeführt wird

All dies führt zu Overhead, der wahrscheinlich nicht vorhanden wäre, wenn der Funktionsrumpf inline in den aufrufenden Code eingebettet wäre.