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C语言性能优化与测量全解析

1. C语言性能优化特性概述

在C语言编程中，有一些特性能够显著影响程序的性能。C11的alignas和相关的alignof可以帮助将对象放置在缓存边界上，从而改善内存访问，但这里不详细探讨这一特性。而C99的inline和restrict特性，在可用性方面有很大差异。

inline相对容易使用且无风险，广泛用于确保短函数的代码能在调用端直接集成和优化。restrict则放宽了基于类型的别名考虑，以实现更好的优化，但使用起来较为微妙，使用不当可能会造成严重问题，常用于库接口，在用户代码中较少出现。

2. 内联函数（Inline Functions）

在C程序里，编写模块化代码的标准工具是函数，它有诸多优点：
- 清晰分离接口和实现，可逐步改进代码，必要时可重写功能。
- 避免通过全局变量与其他代码通信，能确保函数访问的状态是局部的，便于检测优化机会。

然而，从性能角度看，函数也存在一些缺点：
- 即使在现代平台上，函数调用也有一定开销，如分配栈空间、初始化或复制局部变量，控制流跳转可能不在执行缓存中。
- 若函数返回值是结构体，可能需要复制整个返回值。

当调用者和被调用者的代码在同一翻译单元（TU）中时，优秀的编译器可通过内联避免这些缺点。编译器会用被调用函数的代码替换调用语句，消除调用开销，还能发现一些优化机会，如未执行的死分支、结果已知的重复表达式