C 內聯函式

1. 內聯函式

在c++中我們通常定義以下函式來求兩個整數的最大值：

複製**

**如下:

int max(int a, int b)

為這麼乙個小的操作定義乙個函式的好處有：

① 閱讀和理解函式 max 的呼叫，要比讀一條等價的條件表示式並解釋它的含義要容易得多

② 如果需要做任何修改，修改函式要比找出並修改每一處等價表示式容易得多

③ 使用函式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 函式可以重用，不必為其他應用程式重寫**

雖然有這麼多好處，但是寫成函式有乙個潛在的缺點：呼叫函式比求解等價表示式要慢得多。在大多數的機器上，呼叫函式都要做很多任務作：呼叫前要先儲存暫存器，並在返回時恢復，複製實參，程式還必須轉向乙個新位置執行

c++中支援內聯函式，其目的是為了提高函式的執行效率，用關鍵字 inline 放在函式定義(注意是定義而非宣告，下文繼續講到)的前面即可將函式指定為內聯函式，內聯函式通常就是將它在程式中的每個呼叫點上「內聯地」展開，假設我們將 max 定義為內聯函式：

複製**

**如下:

inline int max(int a, int b)

則呼叫： cout<

在編譯時展開為： cout< b ? a : b)從而消除了把 max寫成函式的額外執行開銷

2. 內聯函式和巨集

無論是《effective c++》中的「prefer consts，enums，and inlines to #defines」條款，還是《高質量程式設計指南——c++/c語言》中的「用函式內聯取代巨集」，巨集在c++中基本是被廢了，在書《高質量程式設計指南——c++/c語言》中這樣解釋到：

3. 將內聯函式放入標頭檔案

關鍵字 inline 必須與函式定義體放在一起才能使函式成為內聯，僅將 inline 放在函式宣告前面不起任何作用。

如下風格的函式 foo 不能成為內聯函式：

複製**

**如下:

inline void foo(int x, int y); // inline 僅與函式宣告放在一起

void foo(int x, int y)

而如下風格的函式 foo 則成為內聯函式：

複製**

**如下:

void foo(int x, int y);

inline void foo(int x, int y) // inline 與函式定義體放在一起

所以說，c++ inline函式是一種「用於實現的關鍵字」，而不是一種「用於宣告的關鍵字」。一般地，使用者可以閱讀函式的宣告，但是看不到函式的定義。儘管在大多數教科書中內聯函式的宣告、定義體前面都加了 inline 關鍵字，但我認為 inline 不應該出現在函式的宣告中。這個細節雖然不會影響函式的功能，但是體現了高質量c++/c 程式設計風格的乙個基本原則：宣告與定義不可混為一談，使用者沒有必要、也不應該知道函式是否需要內聯。

定義在類宣告之中的成員函式將自動地成為內聯函式，例如：

複製**

**如下:

class a

// 自動地成為內聯函式 }

但是編譯器是否將它真正內聯則要看 foo函式如何定義

內聯函式應該在標頭檔案中定義，這一點不同於其他函式。編譯器在呼叫點內聯展開函式的**時，必須能夠找到 inline 函式的定義才能將呼叫函式替換為函式**，而對於在標頭檔案中僅有函式宣告是不夠的。

當然內聯函式定義也可以放在原始檔中，但此時只有定義的那個原始檔可以用它，而且必須為每個原始檔拷貝乙份定義(即每個原始檔裡的定義必須是完全相同的)，當然即使是放在標頭檔案中，也是對每個定義做乙份拷貝，只不過是編譯器替你完成這種拷貝罷了。但相比於放在原始檔中，放在標頭檔案中既能夠確保呼叫函式是定義是相同的，又能夠保證在呼叫點能夠找到函式定義從而完成內聯(替換)。

但是你會很奇怪，重複定義那麼多次，不會產生鏈結錯誤？

我們來看乙個例子：

a.h :

複製**

**如下:

class a

int max();

private:

int a;

int b;};

a.cpp :

複製**

**如下:

#include "a.h"

inline int a::max()

main.cpp :

複製**

**如下:

#include

#include "a.h"

using namespace std;

inline int a::max()

int main()

{a a(3, 5);

cout一切正常編譯，輸出結果：5

倘若你在main.cpp中沒有定義max內聯函式，那麼會出現鏈結錯誤：

error lnk2001: unresolved external symbol "public: int __thiscall a::max(void)" (?max@a@@qaehxz)main.obj

找不到函式的定義，所以內聯函式可以在程式中定義不止一次，只要 inline 函式的定義在某個原始檔中只出現一次，而且在所有原始檔中，其定義必須是完全相同的就可以。

在標頭檔案中加入或修改 inline 函式時，使用了該標頭檔案的所有原始檔都必須重新編譯。

4. 慎用內聯

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

而在google c++編碼規範中則規定得更加明確和詳細：

內聯函式：

tip：只有當函式只有 10 行甚至更少時才將其定義為內聯函式.

定義: 當函式被宣告為內聯函式之後, 編譯器會將其內聯展開, 而不是按通常的函式呼叫機制進行呼叫.

優點: 當函式體比較小的時候, 內聯該函式可以令目標**更加高效. 對於訪問函式以及其它函式體比較短, 效能關鍵的函式, 鼓勵使用內聯.

缺點: 濫用內聯將導致程式變慢. 內聯可能使目標**量或增或減, 這取決於內聯函式的大小. 內聯非常短小的訪問函式通常會減少**大小, 但內聯乙個相當大的函式將戲劇性的增加**大小. 現代處理器由於更好的利用了指令快取, 小巧的**往往執行更快。

結論: 乙個較為合理的經驗準則是, 不要內聯超過 10 行的函式. 謹慎對待析構函式, 析構函式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式被呼叫!

另乙個實用的經驗準則: 內聯那些包含迴圈或 switch 語句的函式常常是得不償失 (除非在大多數情況下, 這些迴圈或 switch 語句從不被執行).

有些函式即使宣告為內聯的也不一定會被編譯器內聯, 這點很重要; 比如虛函式和遞迴函式就不會被正常內聯. 通常, 遞迴函式不應該宣告成內聯函式.(遞迴呼叫堆疊的展開並不像迴圈那麼簡單, 比如遞迴層數在編譯時可能是未知的, 大多數編譯器都不支援內聯遞迴函式). 虛函式內聯的主要原因則是想把它的函式體放在類定義內, 為了圖個方便, 抑或是當作文件描述其行為, 比如精短的訪問函式.

-inl.h檔案：

tip：複雜的內聯函式的定義, 應放在字尾名為 -inl.h 的標頭檔案中.

內聯函式的定義必須放在標頭檔案中, 編譯器才能在呼叫點內聯展開定義. 然而, 實現**理論上應該放在 .cc 檔案中, 我們不希望 .h 檔案中有太多實現**, 除非在可讀性和效能上有明顯優勢.

如果內聯函式的定義比較短小, 邏輯比較簡單, 實現**放在 .h 檔案裡沒有任何問題. 比如, 訪問函式的實現理所當然都應該放在類定義內. 出於編寫者和呼叫者的方便, 較複雜的內聯函式也可以放到 .h 檔案中, 如果你覺得這樣會使標頭檔案顯得笨重, 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。

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