My code works, I don’t know why.

國王的耳朵是驢耳朵

C99的inline Function

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inline function是一個keyword，提醒compiler可以將function本體直接填入呼叫該function的位置。從這邊可以看到，優點為

  • 減少呼叫function的overhead，如參數傳遞、回傳值處理等。
  • 切換到function會jump，也就是會有branch的行為。因為CPU的pipeline和cache的特性，會影響效能。
  • 經由代換程式碼，也許可以增加最佳化的可能性。

廢話少說，先來一段程式碼。 測試環境

  • Ubuntu 12.04.4
  • GCC 4.6.3
inline_test.c
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#include <stdio.h>

inline void hello()
{
    printf("Hello World\n");
}

int main(void)
{
    hello();

    return 0;
}

可以正常編譯

build.log
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$ cc -g -Wall -Werror -c -o inline_test.o inline_test.c
$ cc -g -Wall -Werror -o inline_test inline_test.o

有趣的是，換成C99就會編譯錯誤，檢查symbol的確不存在。

build.log
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cc -g -Wall -Werror -std=c99   -c -o inline_test.o inline_test.c
cc -g -Wall -Werror -std=c99 -o inline_test inline_test.o
inline_test.o: In function `main':
inline_test.c:10: undefined reference to `hello'
collect2: ld returned 1 exit status
make: *** [inline_test] Error 1

$ nm inline_test.o
                 U hello
0000000000000000 T main

從這邊可以看到C99的inline定義是和GNU C的extern inline相反。所以最簡單的懶人法就是在C99裏面加上extern收工。

inline_test_c99.c
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#include <stdio.h>

extern inline void hello()
{
    printf("Hello World\n");
}

int main(void)
{
    hello();

    return 0;
}

加碼測試

不過對於組裝工而言，為何要在inline前面加extern或是static實在有趣，所以多測了幾下。沒興趣的就直接看結論吧

GNU C測試

如果我們把程式碼改成

test_inline.c
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#include <stdio.h>

extern inline void hello()
{
    int i = 100;
    printf("Hello World: %d\n", i);
}

inline void hello()
{
    printf("Hello World 2\n");
}

int main(void)
{
    hello();

    return 0;
}

在GNU C下編譯執行會印Hello World 2，使用objdump -S反組譯可以看到

  • main 呼叫4004f4位址
  • 4004f4真正的程式碼是印出Hello World2，也就是說extern inline void hello()裏面的程式碼是寫心酸的。
  • 看起來這種情況GCC沒有把inline function展開。

另外一點有趣的是C99下面把extern inline和inline對調會編譯失敗。

inline_test.lst
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00000000004004f4 <hello>:
    int i = 100;
    printf("Hello World: %d\n", i);
}

inline void hello()
{
  4004f4: 55                      push   %rbp
  4004f5: 48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
    printf("Hello World 2\n");
  4004f8: bf 0c 06 40 00          mov    $0x40060c,%edi
  4004fd: e8 ee fe ff ff          callq  4003f0 <puts@plt>
}
  400502: 5d                      pop    %rbp
  400503: c3                      retq

0000000000400504 <main>:

int main(void)
{
  400504: 55                      push   %rbp
  400505: 48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
    hello();
  400508: b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  40050d: e8 e2 ff ff ff          callq  4004f4 <hello>

    return 0;
  400512: b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
}

結論

  • GNU C和C99 inline的extern定義相反。
  • C99下面只有inline只是一個宣告，不會產生symbol。要使用extern編譯器才會產生symbol。猜測可能單純inline是在header file宣告用，而extern inline則是在source code實作時使用。

參考資料

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