C 循环条件中的函数

第一种形式还是第二种形式最容易看是有争议的。

无论如何，对于第二种形式，我们确保编译器只会调用一次。我猜大多数有经验的程序员会更喜欢这种形式，如果函数确实打算在循环期间返回一个常量，因为第二种形式本身就传达了这个假设。get_length()

在第一种形式中，编译器可能在简单情况下能够推断出它将是常量，因此只调用一次。然而，似乎至少 GCC 还没有那么聪明。具有优化级别的 Godbolt 链接。get_length()-O3

链接的汇编程序代码可能有点难以阅读，但在 中，请注意第 37 行中的指令跳转到第 21 行，这是与我的示例实现相对应的内联代码的开头。因此，在这种情况下，对应于 的代码将在循环的每次迭代中执行。f1jne .L15get_length()get_length()

也许编译器可以更好地优化更简单的示例，或者编译器的未来版本或其他编译器可以优化此示例。无论如何，通过使用第二种形式，我们可以避免这种猜测，并且必须查看编译的汇编代码。

这个例子和分析应该说明第二种形式的好处。

我通常将其呈现为：

for (unsigned i = 0, length = get_length(); i < length; ++i) {
   ...
}

...这稍微多了一点，可以自我记录，并保持外部示波器的清洁。但在大多数情况下，这确实是一个不必要的微优化，在许多情况下，编译器已经可以发现它可以将调用从循环中提升出来，特别是如果你已经正确地完成了指针限制，并且定义了它可以内联的某个地方。get_length

第二种形式可能确实更好 - 我将尝试解释为什么，同时我们更接近这里可能发生的各种形式的优化。

假设我们有 where 不修改任何内容，并且结果将始终是相同的整数常量，那么：for (unsigned i = 0; i < get_length(object); ++i)get_length

• 这里需要优化，将函数调用替换为硬编码数字。
• 或者，如果由于数字是在运行时计算而无法完成的，我们希望程序只调用该函数一次。
• 我们不希望程序毫无意义地一遍又一遍地调用该函数，因为这会非常慢。

从历史上看，编译器在这里非常糟糕，因此过去的传统良好做法总是将函数调用移到循环上方。较旧的 C 编程书籍肯定会告诉你很多。但它在今天仍然是很好的做法，因为我们可能并不总是能够依赖优化。

让我们从一个产生最需要的“硬编码数字”优化的示例开始：

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

typedef struct
{
  size_t length;
} obj_t;

size_t get_length (const obj_t* obj)
{
  return obj->length;
}

int main (void)
{
  obj_t object = { 5 };
  for (size_t i = 0; i<get_length(&object); ++i)
  {
    puts("hello world");
  }
}

我们可以在这里查看 Godbolt 中具有最大优化 （） 的生成汇编器：https://godbolt.org/z/9GnrEGvxc。相关部分是 .编译器完全忽略了结构、函数、函数调用等一切。它只是将值 5 存储在 CPU 寄存器中，然后调用与该数字一样多的次数。这是非常高效的代码。gcc -O3mov ebx, 5puts

现在，让我们通过在运行时将数字 5 传递给程序来稍微阻止优化器：

int main (int argc, char* argv[]) // I'll pass "5" in argv
{
// quick and dirty string-to-int conversion:
  obj_t object = { argv[1][0]-'0' };

https://godbolt.org/z/4Mcjsha5d。现在，编译器必须从命令行参数中实际加载值。但它仍然很自大，因为它注意到它可以将读取的数字保存在寄存器中以备后用 - 仍然没有任何地方。当这种优化发生时，我们说函数是内联的。因为从本质上讲，函数所做的整个事情（在 Godbolt 反汇编中）入到调用者端（保存“rax”以备后用）。call get_lengthmov rax, QWORD PTR [rdi]mov rax...

正如我们目前所看到的，我们把函数调用放在哪里并不重要，因为编译器仍然表现得很聪明。我们必须编写一个效率低得多的程序来产生实际的函数调用。例如，我们可以将函数和结构变量移动到另一个 .c 文件中。

在这种情况下，我将作弊，只是通过 gcc 非标准函数属性禁用函数内联，同时仍然保留所有其他优化。https://godbolt.org/z/j3WPscxWq最终被击败，编译器被迫使用实际的函数调用生成错误代码。for 循环被翻译为：-O3

.L5:
        mov     edi, OFFSET FLAT:.LC0
        add     rbx, 1
        call    puts
.L4:
        lea     rdi, [rsp+8]
        call    get_length
        cmp     rbx, rax
        jb      .L5

现在，随着内联的消失，我们注意到它确实调用了循环的每一圈。每当编译器既不能在编译时确定函数的结果，也不能通过抓取函数的主体并将其插入调用方代码来执行内联时，就会发生这种情况。当函数位于另一个单独编译的 .c 文件中时，通常会发生这种情况。get_length

我们可能期望它只调用函数一次，但这种优化也没有发生。正如下面另一个答案的评论中所指出的，无论出于何种原因，gcc 编译器都未能对其进行优化，而 clang 编译器将其优化为仅调用一次函数。显然，我们不能在这里依赖编译器优化，因为不同的编译器和编译器端口的结果会有所不同。

在这一点上，移出循环将产生更好的结果。https://godbolt.org/z/f6dEGMfrn。该函数仅调用一次，调用结果存储在一个寄存器中，存储在另一个寄存器中，并且对循环的每一圈进行比较寄存器。get_lengthmov rbp, raxicmp rbp, rbx

现在我们已经证明，第二种形式确实更有效率，但前提是编译器不能内联函数或提前确定结果。

然而，我们应该注意，像 or etc 这样的通用标准库函数很可能会被编译器有效地内联。所以他们旧的 C 书告诉你专门离开循环条件已经过时了。如有疑问，请拆卸并查找说明 - 您甚至不需要了解汇编程序。strlenmemcpystrlencall strlen