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C++中inline用法案例详解

分类: IT文章 • 2022-07-30 08:59:03

1 引入inline关键字的原因

在c/c++中，为了解决一些频繁调用的小函数大量消耗栈空间（栈内存）的问题，特别的引入了inline修饰符，表示为内联函数，栈空间就是指放置程序的局部数据（也就是函数内数据）的内存空间。在系统下，栈空间是有限的，假如频繁大量的使用就会造成因栈空间不足而导致程序出错的问题，如，函数的死循环递归调用的最终结果就是导致栈内存空间枯竭。

下面我们来看一个例子：

#include <stdio.h>
#include<string.h>
 
// 函数定义为inline即:内联函数
inline char* inline_test(int num) 
{
    return (num % 2 > 0) ? "奇" : "偶";
}
 
 
int main()
{
   int i = 0;
   for (i = 1; i < 10; i++) 
   {
       printf("inline_test:   i:%d   奇偶性:%s\n", i, inline_test(i));   
   }
   
   return 0;
}

上面的例子就是标准的内联函数的用法，使用inline修饰带来的好处我们表面看不出来，其实，在内部的工作就是在每个for循环的内部任何调用dbtest(i)的地方都换成了(i%2>0)?”奇”:”偶”，这样就避免了频繁调用函数对栈内存重复开辟所带来的消耗。

是否内联 可以在编码、编译、连接、甚至是应用程序的安装进行的。
非运行期,反汇编看看有没有相关的函数调用call没有就是inline了。

2 inline使用限制

inline的使用是有所限制的，inline只适合涵数体内代码简单的涵数使用，

(1) 不能包含复杂的结构控制语句例如while、switch，并且不能内联函数本身不能是直接递归函数（即，自己内部还调用自己的函数）。

(2) 而所有（除了最平凡，几乎什么也没做）的虚拟函数，都追阻止inlining的进行。
这应该不会引起太多的惊讶，因为virtual意味着”等待，直到执行时期再确定应该调用哪一个函数“，
而inline却意味着”在编译阶段，将调用动作以被调用函数的主体取代之“。
如果编译器做决定时，尚不知道该调用哪一个函数，你就很难责成他们做出一个inline函数。

3 inline仅是一个对编译器的建议

inline函数仅仅是一个对编译器的建议，所以最后能否真正内联，看编译器的意思，
它如果认为函数不复杂，能在调用点展开，就会真正内联，并不是说声明了内联就会内联，声明内联只是一个建议而已。
幸运的是大多数编译器提供了一个诊断级别：如果它们无法将你要求的函数 inline 化, 会给你一个警告信息。

4. 建议

(1) inline函数的定义放在头文件中

inline 在大多数 C++ 程序中是编译行为。其次，因为内联函数要在调用点展开，所以编译器必须随处可见内联函数的定义，要不然就成了非内联函数的调用了。所以，这要求每个调用了内联函数的文件都出现了该内联函数的定义。因此，将内联函数的定义放在头文件里实现是合适的，省却你为每个文件实现一次的麻烦。

(2) 声明跟定义要一致

如果在每个文件里都实现一次该内联函数的话，那么，最好保证每个定义都是一样的，否则，将会引起未定义的行为。如果不是每个文件里的定义都一样，那么，编译器展开的是哪一个，那要看具体的编译器而定。所以，最好将内联函数定义放在头文件中。

(3) 构造函数和析构函数往往是 inlining 的糟糕候选人

因为构造函数和析构函数编译器往往做了各式各样的保证。当你创建对象, 每一个基类和成员都会自动构造, 当你释放对象, 每个基类和成员都要自动释放。

5 类中的成员函数与inline

类 inline 函数有两种方法：

(1) 隐喻式：定义在类中的成员函数缺省都是内联的，如果在类定义时就在类内给出函数定义，那当然最好。

(2) 明确声明：如果在类中未给出成员函数定义，而又想内联该函数的话，那在类外要加上inline，否则就认为不是内联的。

例如，

class A
{
    public:void Foo(int x, int y) {  } // 自动地成为内联函数
}

将成员函数的定义体放在类声明之中虽然能带来书写上的方便，但不是一种良好的编程风格，上例应该改成：

// 头文件
class A
{
    public:
    void Foo(int x, int y);
}
// 定义文件
inline void A::Foo(int x, int y){}

6 inline 是一种“用于实现的关键字”

关键字inline 必须与函数定义体放在一起才能使函数成为内联，仅将inline 放在函数声明前面不起任何作用。

如下风格的函数Foo 不能成为内联函数：

inline void Foo(int x, int y); // inline 仅与函数声明放在一起
 
void Foo(int x, int y){}

而如下风格的函数Foo 则成为内联函数：

void Foo(int x, int y);
 
inline void Foo(int x, int y) {} // inline 与函数定义体放在一起

所以说，inline 是一种“用于实现的关键字”，而不是一种“用于声明的关键字”。一般地，用户可以阅读函数的声明，但是看不到函数的定义。尽管在大多数教科书中内联函数的声明、定义体前面都加了inline 关键字，但我认为inline不应该出现在函数的声明中。这个细节虽然不会影响函数的功能，但是体现了高质量C++/C 程序设计风格的一个基本原则：声明与定义不可混为一谈，用户没有必要、也不应该知道函数是否需要内联。

7 慎用inline

内联能提高函数的执行效率，为什么不把所有的函数都定义成内联函数？如果所有的函数都是内联函数，还用得着“内联”这个关键字吗？

内联是以代码膨胀（复制）为代价，仅仅省去了函数调用的开销，从而提高函数的执行效率。 如果执行函数体内代码的时间，相比于函数调用的开销较大，那么效率的收获会很少。另一方面，每一处内联函数的调用都要复制代码，将使程序的总代码量增大，消耗更多的内存空间。

以下情况不宜使用内联： 

(1) 如果函数体内的代码比较长，使用内联将导致内存消耗代价较高。 

(2) 如果函数体内出现循环，那么执行函数体内代码的时间要比函数调用的开销大。

(3)  类的构造函数和析构函数容易让人误解成使用内联更有效。要当心构造函数和析构函数可能会隐藏一些行为，如“偷偷地”执行了基类或成员对象的构造函数和析构函数。所以不要随便地将构造函数和析构函数的定义体放在类声明中。

一个好的编译器将会根据函数的定义体，自动地取消不值得的内联（这进一步说明了 inline 不应该出现在函数的声明中）。

8 总结

内联函数并不是一个增强性能的灵丹妙药。只有当函数非常短小的时候它才能得到我们想要的效果；但是，如果函数并不是很短而且在很多地方都被调用的话，那么将会使得可执行体的体积增大。 最令人烦恼的还是当编译器拒绝内联的时候。在老的实现中，结果很不尽人意，虽然在新的实现中有很大的改善，但是仍然还是不那么完善的。一些编译器能够足够的聪明来指出哪些函数可以内联哪些不能，但是大多数编译器就不那么聪明了，因此这就需要我们的经验来判断。如果内联函数不能增强性能，就避免使用它！

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