C++ inline

1.? 內聯函數

在C++中我們通常定義以下函數來求兩個整數的最大值：

代碼如下:
int max(int a, int b) {return a > b ? a : b; }

　　

為這么一個小的操作定義一個函數的好處有：

① 閱讀和理解函數 max 的調用，要比讀一條等價的條件表達式并解釋它的含義要容易得多

② 如果需要做任何修改，修改函數要比找出并修改每一處等價表達式容易得多

③ 使用函數可以確保統一的行為，每個測試都保證以相同的方式實現

④ 函數可以重用，不必為其他應用程序重寫代碼

雖然有這么多好處，但是寫成函數有一個潛在的缺點：調用函數比求解等價表達式要慢得多。在大多數的機器上，調用函數都要做很多工作：調用前要先保存寄存器，并在返回時恢復，復制實參，程序還必須轉向一個新位置執行

C++中支持內聯函數，其目的是為了提高函數的執行效率，用關鍵字 inline 放在函數定義(注意是定義而非聲明，下文繼續講到)的前面即可將函數指定為內聯函數，內聯函數通常就是將它在程序中的每個調用點上“內聯地”展開，假設我們將 max 定義為內聯函數：

代碼如下:
inline int max(int a, int b) {return a > b ? a : b; }

　　

則調用： cout<<max(a, b)<<endl;

在編譯時展開為： cout<<(a > b ? a : b)<<endl;

從而消除了把 max寫成函數的額外執行開銷

2.? 內聯函數和宏

無論是《Effective C++》中的 “Prefer consts，enums，and inlines to #defines” 條款，還是《高質量程序設計指南——C++/C語言》中的“用函數內聯取代宏”，宏在C++中基本是被廢了，在書《高質量程序設計指南——C++/C語言》中這樣解釋到：

3.? 將內聯函數放入頭文件

關鍵字 inline 必須與函數定義體放在一起才能使函數成為內聯，僅將 inline 放在函數聲明前面不起任何作用。

如下風格的函數 Foo 不能成為內聯函數：

代碼如下:
inline void Foo(int x, int y); // inline 僅與函數聲明放在一起 void Foo(int x, int y) {... }

而如下風格的函數 Foo 則成為內聯函數：

代碼如下:
void Foo(int x, int y); inline void Foo(int x, int y) // inline 與函數定義體放在一起 {... }

　　

所以說，C++ inline函數是一種“用于實現的關鍵字”，而不是一種“用于聲明的關鍵字”。一般地，用戶可以閱讀函數的聲明，但是看不到函數的定義。盡管在大多數教科書中內聯函數的聲明、定義體前面都加了 inline 關鍵字，但我認為 inline 不應該出現在函數的聲明中。這個細節雖然不會影響函數的功能，但是體現了高質量C++/C 程序設計風格的一個基本原則：聲明與定義不可混為一談，用戶沒有必要、也不應該知道函數是否需要內聯。

定義在類聲明之中的成員函數將自動地成為內聯函數，例如：

代碼如下:
class A { public:void Foo(int x, int y) { ... } // 自動地成為內聯函數 }

　　

但是編譯器是否將它真正內聯則要看 Foo函數如何定義

內聯函數應該在頭文件中定義，這一點不同于其他函數。編譯器在調用點內聯展開函數的代碼時，必須能夠找到 inline 函數的定義才能將調用函數替換為函數代碼，而對于在頭文件中僅有函數聲明是不夠的。

當然內聯函數定義也可以放在源文件中，但此時只有定義的那個源文件可以用它，而且必須為每個源文件拷貝一份定義(即每個源文件里的定義必須是完全相同的)，當然即使是放在頭文件中，也是對每個定義做一份拷貝，只不過是編譯器替你完成這種拷貝罷了。但相比于放在源文件中，放在頭文件中既能夠確保調用函數是定義是相同的，又能夠保證在調用點能夠找到函數定義從而完成內聯(替換)。

但是你會很奇怪，重復定義那么多次，不會產生鏈接錯誤？

我們來看一個例子：

A.h :

代碼如下:
class A {public:A(int a, int b) : a(a),b(b){}int max();private:int a;int b; };

　　

A.cpp :?

代碼如下: #include "A.h" inline int A::max() {return a > b ? a : b; }

　　

Main.cpp :?

代碼如下:
#include <iostream> #include "A.h" using namespace std; inline int A::max() {return a > b ? a : b; }int main() {A a(3, 5);cout<<a.max()<<endl;return 0; }

　　

一切正常編譯，輸出結果：5

?

倘若你在Main.cpp中沒有定義max內聯函數，那么會出現鏈接錯誤：

error LNK2001: unresolved external symbol "public: int __thiscall A::max(void)" (?max@A@@QAEHXZ)main.obj
找不到函數的定義，所以內聯函數可以在程序中定義不止一次，只要 inline 函數的定義在某個源文件中只出現一次，而且在所有源文件中，其定義必須是完全相同的就可以。

在頭文件中加入或修改 inline 函數時，使用了該頭文件的所有源文件都必須重新編譯。

4.? 慎用內聯

內聯雖有它的好處，但是也要慎用，以下摘自《高質量程序設計指南——C++/C語言》：

而在Google C++編碼規范中則規定得更加明確和詳細：

內聯函數：

Tip： 只有當函數只有 10 行甚至更少時才將其定義為內聯函數.

定義: 當函數被聲明為內聯函數之后, 編譯器會將其內聯展開, 而不是按通常的函數調用機制進行調用.
優點: 當函數體比較小的時候, 內聯該函數可以令目標代碼更加高效. 對于存取函數以及其它函數體比較短, 性能關鍵的函數, 鼓勵使用內聯.
缺點: 濫用內聯將導致程序變慢. 內聯可能使目標代碼量或增或減, 這取決于內聯函數的大小. 內聯非常短小的存取函數通常會減少代碼大小, 但內聯一個相當大的函數將戲劇性的增加代碼大小. 現代處理器由于更好的利用了指令緩存, 小巧的代碼往往執行更快。
結論: 一個較為合理的經驗準則是, 不要內聯超過 10 行的函數. 謹慎對待析構函數, 析構函數往往比其表面看起來要更長, 因為有隱含的成員和基類析構函數被調用!
另一個實用的經驗準則: 內聯那些包含循環或 switch 語句的函數常常是得不償失 (除非在大多數情況下, 這些循環或 switch 語句從不被執行).
有些函數即使聲明為內聯的也不一定會被編譯器內聯, 這點很重要; 比如虛函數和遞歸函數就不會被正常內聯. 通常, 遞歸函數不應該聲明成內聯函數.(遞歸調用堆棧的展開并不像循環那么簡單, 比如遞歸層數在編譯時可能是未知的, 大多數編譯器都不支持內聯遞歸函數). 虛函數內聯的主要原因則是想把它的函數體放在類定義內, 為了圖個方便, 抑或是當作文檔描述其行為, 比如精短的存取函數.

-inl.h文件（內聯函數一般放在頭文件中實現，這一點比較特別）：

Tip： 復雜的內聯函數的定義, 應放在后綴名為 -inl.h 的頭文件中.

內聯函數的定義必須放在頭文件中, 編譯器才能在調用點內聯展開定義. 然而, 實現代碼理論上應該放在 .cc 文件中, 我們不希望 .h 文件中有太多實現代碼, 除非在可讀性和性能上有明顯優勢.

如果內聯函數的定義比較短小, 邏輯比較簡單, 實現代碼放在 .h 文件里沒有任何問題. 比如, 存取函數的實現理所當然都應該放在類定義內. 出于編寫者和調用者的方便, 較復雜的內聯函數也可以放到 .h 文件中, 如果你覺得這樣會使頭文件顯得笨重, 也可以把它萃取到單獨的 -inl.h 中. 這樣把實現和類定義分離開來, 當需要時包含對應的 -inl.h 即可。

posted on 2018-05-17 10:42 簡志睿 閱讀(...) 評論(...) 編輯 收藏

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的C++ inline的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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