高效的C编程之： 函数调用

14.9 函数调用

函数设计的基本原则是使其函数体尽量的小。这样编译器可以对函数做更多的优化。

14.9.1 减少函数调用开销

ARM上的函数调用开销比非RISC体系结构上的调用开销小：

· 调用返回指令"BL"或"MOV pc，lr"一般只需要6个指令周期（ARM7上）。

· 在函数的入口和出口使用多寄存器加载/存储指令LDM和STM（Thumb指令使用PUSH和POP）提高函数体的执行效率。

ARM体系结构过程调用标准AAPCS定义了如何通过寄存器传递参数和返回值。函数中的前4个整型参数是通过ARM的前4个寄存器r0、r1、r2和r3来传递的。传递参数可以是与整型兼容的数据类型，如字符类型char、半字类型short等。

不能通过寄存器传递的参数，通过函数堆栈来传递。这样不论是函数的调用者还是被调用者都必须通过访问堆栈来访问参数，使程序的执行效率下降。

下面的例子显示了函数调用是传递4个参数和多于4个参数的区别。

传递4个参数的函数调用源文件如下。

int func1(int a, int b, int c, int d)

{

return a+b+c+d;

}

int caller1(void)

{

return func1(1,2,3,4);

}

编译的结果如下。

func1

ADD r0,r0,r1

ADD r0,r0,r2

ADD r0,r0,r3

MOV pc,lr

caller1

MOV r3,#4

MOV r2,#3

MOV r1,#2

MOV r0,#1

B func1

如果程序需要传递6个参数，变为如下形式。

int func2(int a, int b, int c, int d,int e,int f)

{

return a+b+c+d+e+f;

}

int caller2(void)

{

return func1(1,2,3,4,5,6);

}

则编译后的汇编文件如下。

func2

STR lr, [sp,#-4]!

ADD r0,r0,r1

ADD r0,r0,r2

ADD r0,r0,r3

LDMIB sp,{r12,r14}

ADD r0,r0,r12

ADD r0,r0,r14

LDR pc,{sp},#4

caller2

STMFD sp!,{r2,r3,lr}

MOV r3,#6

MOV r2,#5

STMIA sp,{r2,r3}

MOV r3,#4

MOV r2,#3

MOV r1,#2

MOV r0,#1

BL func2

LDMFD sp!,{r2,r3,pc}

综上所述，为了在程序中高效的调用函数，最好遵循以下规则。

· 尽量限制函数的参数，不要超过4个，这样函数调用的效率会更高。

· 当传递的参数超过4个时，要将多个相关参数组织在一个结构体中，用传递结构体指针来代替多个参数。

· 避免将传递的参数定义为long long型，因为传递一个long long型的数据将会占用两个32位寄存器。

· 函数中存在浮点运算时，避免使用double型参数。

14.9.2 使用__value_in_regs返回结构体

编译选项__value_in_regs指示编译器在整数寄存器中返回4个整数字的结构或者在浮点寄存器中返回4个浮点型或双精度型值，而不使用存储器。

下面的例子显示了__value_in_regs选项的用法。

typedef struct { int hi; uint lo; } int64; // 注意该结构中，高位为有符号整数，低位为无符号整数

__value_in_regs int64 add64(int64 x, int64 y)

{ int64 res;

res.lo = x.lo + y.lo;

res.hi = x.hi + y.hi;

if (res.lo < y.lo) res.hi++; // carry from low word

return res;

}

void test(void)

{ int64 a, b, c, sum;

a.hi = 0x00000000; a.lo = 0xF0000000;

b.hi = 0x00000001; b.lo = 0x10000001;

sum = add64(a, b);

c.hi = 0x00000002; c.lo = 0xFFFFFFFF;

sum = add64(sum, c);

}

编译后的结果如下所示。

add64

ADDS a2,a2,a4

ADC a1,a3,a1

MOV pc,lr

test

STMDB sp!,{lr}

MOV a1,#0

MOV a2,#&f0000000

MOV a3,#1

MOV a4,#&10000001

BL add64

MOV a3,#2

MVN a4,#0

LDMIA sp!,{lr}

B add64

当使用__value_in_regs定义结构体时，编译的代码大小为52字节，如果不使用__value_in_regs选项，则编译出的结果为160字节（本书中没有列出未使用__value_in_regs时的编译结果，读者有兴趣可以自己上机试验）。

14.9.3 叶子函数

所谓叶子函数（leaf function）就是在其函数体内不存在对其他函数调用，它也常被称为终级函数。因为叶子函数不需要调用其他函数，所有没有