详解内联优化
为了保证程序的执行高效与安全，现代编译器并不会将程序员的代码直接翻译成相应地机器码，它需要做一系列的检查与优化。Go编译器默认做了很多相关工作，例如未使用的引用包检查、未使用的声明变量检查、有效的括号检查、逃逸分析、内联优化、删除无用代码等。本文重点讨论内联优化相关内容。
内联
在《详解逃逸分析》一文中，我们分析了栈分配内存会比堆分配高效地多，那么，我们就会希望对象能尽可能被分配在栈上。在Go中，一个goroutine会有一个单独的栈，栈又会包含多个栈帧，栈帧是函数调用时在栈上为函数所分配的区域。但其实，函数调用是存在一些固定开销的，例如维护帧指针寄存器BP、栈溢出检测等。因此，对于一些代码行比较少的函数，编译器倾向于将它们在编译期展开从而消除函数调用，这种行为就是内联。
性能对比
首先，看一下函数内联与非内联的性能差异。
1//go:noinline
2func maxNoinline(a, b int) int {
3 if a < b {
4 return b
5 }
6 return a
7}
8
9func maxInline(a, b int) int {
10 if a < b {
11 return b
12 }
13 return a
14}
15
16func BenchmarkNoInline(b *testing.B) {
17 x, y := 1, 2
18 b.ResetTimer()
19 for i := 0; i < b.N; i++ {
20 maxNoinline(x, y)
21 }
22}
23
24func BenchmarkInline(b *testing.B) {
25 x, y := 1, 2
26 b.ResetTimer()
27 for i := 0; i < b.N; i++ {
28 maxInline(x, y)
29 }
30}
在程序代码中，想要禁止编译器内联优化很简单，在函数定义前一行添加//go:noinline即可。以下是性能对比结果
1BenchmarkNoInline-8 824031799 1.47 ns/op
2BenchmarkInline-8 1000000000 0.255 ns/op
因为函数体内部的执行逻辑非常简单，此时内联与否的性能差异主要体现在函数调用的固定开销上。显而易见，该差异是非常大的。
** **
内联场景
此时，爱思考的读者可能就会产生疑问：既然内联优化效果这么显著，是不是所有的函数调用都可以内联呢？答案是不可以。因为内联，其实就是将一个函数调用原地展开，替换成这个函数的实现。当该函数被多次调用，就会被多次展开，这会增加编译后二进制文件的大小。而非内联函数，只需要保存一份函数体的代码，然后进行调用。所以，在空间上，一般来说使用内联函数会导致生成的可执行文件变大（但需要考虑内联的代码量、调用次数、维护内联关系的开销）。
问题来了，编译器内联优化的选择策略是什么？
1package main
2
3func add(a, b int) int {
4 return a + b
5}
6
7func iter(num int) int {
8 res := 1
9 for i := 1; i <= num; i++ {
10 res = add(res, i)
11 }
12 return res
13}
14
15func main() {
16 n := 100
17 _ = iter(n)
18}
假设源码文件为main.go，可通过执行go build -gcflags="-m -m" main.go命令查看编译器的优化策略。
1$ go build -gcflags="-m -m" main.go
2# command-line-arguments
3./main.go:3:6: can inline add with cost 4 as: func(int, int) int { return a + b }
4./main.go:7:6: cannot inline iter: unhandled op FOR
5./main.go:10:12: inlining call to add func(int, int) int { return a + b }
6./main.go:15:6: can inline main with cost 67 as: func() { n := 100; _ = iter(n) }
通过以上信息，可知编译器判断add函数与main函数都可以被内联优化，并将add函数内联。同时可以注意到的是，iter函数由于存在循环语句并不能被内联：cannot inline iter: unhandled op FOR。实际上，除了for循环，还有一些情况不会被内联，例如闭包，select，for，defer，go关键字所开启的新goroutine等，详细可见src/cmd/compile/internal/gc/inl.go相关内容。
1 case OCLOSURE,
2 OCALLPART,
3 ORANGE,
4 OFOR,
5 OFORUNTIL,
6 OSELECT,
7 OTYPESW,
8 OGO,
9 ODEFER,
10 ODCLTYPE, // can't print yet
11 OBREAK,
12 ORETJMP:
13 v.reason = "unhandled op " + n.Op.String()
14 return true
在上文提到过，内联只针对小代码量的函数而言，那么到底是小于多少才算是小代码量呢？
此时，我将上面的add函数，更改为如下内容
1func add(a, b int) int {
2 a = a + 1
3 return a + b
4}
执行go build -gcflags="-m -m" main.go命令，得到信息
1./main.go:3:6: can inline add with cost 9 as: func(int, int) int { a = a + 1; return a + b }
对比之前的信息
1./main.go:3:6: can inline add with cost 4 as: func(int, int) int { return a + b }
可以发现，存在cost 4与cost 9的区别。这里的数值代表的是抽象语法树AST的节点，a = a + 1包含的是5个节点。Go函数中超过80个节点的代码量就不再内联。例如，如果在add中写入16个a = a + 1，则不再内联。
1./main.go:3:6: cannot inline add: function too complex: cost 84 exceeds budget 80
内联表
内联会将函数调用的过程抹掉，这会引入一个新的问题：代码的堆栈信息还能否保证。举个例子，如果程序发生panic，内联之后的程序，还能否准确的打印出堆栈信息？看以下例子。
1package main
2
3func sub(a, b int) {
4 a = a - b
5 panic("i am a panic information")
6}
7
8func max(a, b int) int {
9 if a < b {
10 sub(a, b)
11 }
12 return a
13}
14
15func main() {
16 x, y := 1, 2
17 _ = max(x, y)
18}
在该代码样例中，max函数将被内联。执行程序，输出结果如下
1panic: i am a panic information
2
3goroutine 1 [running]:
4main.sub(...)
5 /Users/slp/go/src/workspace/example/main.go:5
6main.max(...)
7 /Users/slp/go/src/workspace/example/main.go:10
8main.main()
9 /Users/slp/go/src/workspace/example/main.go:17 +0x3a
可以发现，panic依然输出了正确的程序堆栈信息，包括源文件位置和行号信息。那，Go是如何做到的呢？
这是由于Go内部会为每个存在内联优化的goroutine维持一个内联树（inlining tree），该树可通过 go build -gcflags="-d pctab=pctoinline" main.go 命令查看
1funcpctab "".sub [valfunc=pctoinline]
2...
3wrote 3 bytes to 0xc000082668
4 00 42 00
5funcpctab "".max [valfunc=pctoinline]
6...
7wrote 7 bytes to 0xc000082f68
8 00 3c 02 1d 01 09 00
9-- inlining tree for "".max:
100 | -1 | "".sub (/Users/slp/go/src/workspace/example/main.go:10:6) pc=59
11--
12funcpctab "".main [valfunc=pctoinline]
13...
14wrote 11 bytes to 0xc0004807e8
15 00 1d 02 01 01 07 04 16 03 0c 00
16-- inlining tree for "".main:
170 | -1 | "".max (/Users/slp/go/src/workspace/example/main.go:17:9) pc=30
181 | 0 | "".sub (/Users/slp/go/src/workspace/example/main.go:10:6) pc=29
19--
内联控制
Go程序编译时，默认将进行内联优化。我们可通过-gcflags="-l"选项全局禁用内联，与一个-l禁用内联相反，如果传递两个或两个以上的-l则会打开内联，并启用更激进的内联策略。如果不想全局范围内禁止优化，则可以在函数定义时添加 //go:noinline 编译指令来阻止编译器内联函数。