通过游戏解释内联优化

EwdAger

2021 年 07 月 31 日

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Golang 学习笔记 Coding

# 什么是内联优化

内联是一个基本的编译器优化，他会将一些简单的函数展开放入程序主题中，减少调用函数本身的开销。

# 内联优化有什么好处

用 Go 写一个例子分别测试开启与不开启内联优化的性能对比

```go
func maxInline(a, b int) int {
    if a > b {
        return a
    } else {
        return b
    }
}

//go:noinline
func maxNoInline(a, b int) int {
    if a > b {
        return a
    } else {
        return b
    }
}

func BenchmarkNoInline(b *testing.B) {
    var res int
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        res = maxNoInline(-1, i)
    }
    print(res)
}

func BenchmarkInline(b *testing.B) {
    var res int
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        res = maxInline(-1, i)
    }
    print(res)
}
```

结果如下：

```bash
BenchmarkNoInline-12            716281923                1.69 ns/op
BenchmarkInline-12              1000000000               0.488 ns/op
```

# 内联优化怎么做的

其实原理非常简单，就是把函数拆开放到了调用者的代码段里，比如我们上面的例子

```go
// 不使用内联优化
func maxNoInline(a, b int) int {
    if a > b {
        return a
    } else {
        return b
    }
}

func BenchmarkNoInline(b *testing.B) {
    var res int
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        res = maxNoInline(-1, i)
    }
    print(res)
}

// 使用内联优化
func BenchmarkInline(b *testing.B) {
    var res int
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        if -1 > i {
            res = -1
        } else {
            res = i
        }
    }
    print(res)
}
```

# 为什么使用内联优化性能提升这么大

我们的代码最终是由 CPU 执行的，而 CPU 只能执行汇编指令，并且同一时间内一颗 CPU 核心只能执行一条汇编指令。这就意味着 CPU 要执行的汇编指令条数越少，程序耗时也就越少。而函数调用对应 `CALL` 指令，每多执行一次函数调用则会让 CPU 多执行一条指令，量级越大性能差异也越大。

下面我们用一款 Steam 上模拟 CPU 执行汇编指令的游戏 [Human Resource Machine](https://store.steampowered.com/app/375820/Human_Resource_Machine/)，来解释内联优化~

> 因为游戏中没有 CALL 指令，所以我们用 JUMP 代替

这里也是一个简单的 `max` 函数例子，要求从左边的 InBox 拿两个数比较大小，然后将最大的那个放入右边的 OutBox，同时手里只能拿一个数。当然以下的例子不是这个游戏的最优解~有兴趣的同学可以自己试试

## 不使用内联优化的例子

![noinline.gif](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/07/1305760700.gif)

![4139849183.png](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/3194441043.png)

比较 8 个数，总共执行了46步。

## 使用内联优化

![inline.gif](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/07/874841770.gif)

![1741598392.png](https://gvoidy.cn/usr/uploads/2021/08/2590770178.png)

比较 8 个数，使用内联优化总共执行了38步。

最后修改：2021 年 08 月 17 日 09 : 48 AM

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通过游戏解释内联优化

EwdAger • 2021 年 07 月 31 日

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