哪种优化技术支持按值传递的Functor被内联？

我希望在编译期高效传递无状态函数，目前有两种实现方案：

第一种是将Functor作为函数参数传递：

template<typename Functor>
bool PassAsArgument(int arg1, int arg2, Functor functor);

第二种是将函数指针作为模板参数传递：

template<bool (*Function)(int, int)>
bool PassAsTemplateParameter(int arg1, int arg2);

虽然第二种方案看起来更适合编译期计算，但《Effective STL》第39条、C标准库（如std::sort、std::make_heap）、C核心准则（T.40）以及Stack Overflow的相关回答都不推荐这种写法。我在Godbolt上测试了两种实现，发现两种方式都能实现预期优化——std::less<int>被成功内联。

测试代码1：按参数传递Functor #

#include <functional>

template<typename Functor>
bool PassAsArgument(int arg1, int arg2, Functor functor){
    return functor(arg1, arg2);
}

template bool PassAsArgument(int, int, std::less<int>);

对应的编译结果：

bool PassAsArgument<std::less<int> >(int, int, std::less<int>):
        cmp     edi, esi
        setl    al
        ret

测试代码2：按模板参数传递函数指针 #

inline bool LessThan(int a, int b){
    return a < b;
}

template<bool (*Function)(int, int)>
bool PassAsTemplateParameter(int arg1, int arg2){
    return Function(arg1, arg2);
}

template bool PassAsTemplateParameter<LessThan>(int, int);

对应的编译结果：

bool PassAsTemplateParameter<&(LessThan(int, int))>(int, int):
        cmp     edi, esi
        setl    al
        ret

我希望遵循规范，但担心在复杂场景下优化失效，比如：

• 若Functor并非最后一个参数会怎样？
• 若向PassAsArgument传递有状态Functor会怎样？
• 若需要传递多个Functor会怎样？
• 若需要在PassAsArgument内部将Functor传递给func2会怎样？
• 若将Functor的副本保存为类的数据成员会怎样？

作为探究的起点，我想知道：哪种优化技术允许按值传递的Functor被内联？

回答 #

允许按值传递的无状态Functor被内联的核心技术是模板实例化结合全程序优化与函数内联，具体细节如下：

• 模板特化的可见性：当显式实例化PassAsArgument<std::less<int>>时，编译器能获取std::less<int>::operator()的完整定义（标准库模板的实现对编译器可见），因此可直接将operator()的逻辑内联到PassAsArgument的实例化函数中。
• 空对象消除：无状态Functor（如std::less<int>无任何非静态数据成员）按值传递时，编译器会优化掉空对象的存储——这类参数没有需要保存的状态，传递过程无额外开销，也不会阻碍内联。
• 跨函数内联优化：在-O2或-O3等优化等级下，编译器会进行跨函数内联分析。由于模板函数的实例化版本与Functor的operator()定义处于同一编译单元（或通过全程序优化访问到其他单元的定义），编译器可直接将operator()的代码合并到调用点，完全消除函数调用开销。

这些优化生效的前提：

• Functor的operator()是inline或其定义对编译器可见（模板函数天然满足此条件）；
• 编译器启用了足够等级的优化选项；
• Functor无状态，不会因状态存在导致编译器无法完成确定的内联分析。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mbang