C++中inline用法案例詳解

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1 引入inline關鍵字的原因

在c/c++中，為瞭解決一些頻繁調用的小函數大量消耗棧空間（棧內存）的問題，特別的引入瞭inline修飾符，表示為內聯函數，棧空間就是指放置程序的局部數據（也就是函數內數據）的內存空間。在系統下，棧空間是有限的，假如頻繁大量的使用就會造成因棧空間不足而導致程序出錯的問題，如，函數的死循環遞歸調用的最終結果就是導致棧內存空間枯竭。

下面我們來看一個例子：

#include <stdio.h>
#include<string.h>
 
// 函數定義為inline即:內聯函數
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;
}

上面的例子就是標準的內聯函數的用法，使用inline修飾帶來的好處我們表面看不出來，其實，在內部的工作就是在每個for循環的內部任何調用dbtest(i)的地方都換成瞭(i%2>0)?”奇”:”偶”，這樣就避免瞭頻繁調用函數對棧內存重復開辟所帶來的消耗。

是否內聯 可以在編碼、編譯、連接、甚至是應用程序的安裝進行的。
非運行期,反匯編看看有沒有相關的函數調用call沒有就是inline瞭。

2 inline使用限制

inline的使用是有所限制的，inline隻適合涵數體內代碼簡單的涵數使用，

(1) 不能包含復雜的結構控制語句例如while、switch，並且不能內聯函數本身不能是直接遞歸函數（即，自己內部還調用自己的函數）。

(2) 而所有（除瞭最平凡，幾乎什麼也沒做）的虛擬函數，都追阻止inlining的進行。
這應該不會引起太多的驚訝，因為virtual意味著”等待，直到執行時期再確定應該調用哪一個函數“，
而inline卻意味著”在編譯階段，將調用動作以被調用函數的主體取代之“。
如果編譯器做決定時，尚不知道該調用哪一個函數，你就很難責成他們做出一個inline函數。

3 inline僅是一個對編譯器的建議

inline函數僅僅是一個對編譯器的建議，所以最後能否真正內聯，看編譯器的意思，
它如果認為函數不復雜，能在調用點展開，就會真正內聯，並不是說聲明瞭內聯就會內聯，聲明內聯隻是一個建議而已。
幸運的是大多數編譯器提供瞭一個診斷級別：如果它們無法將你要求的函數 inline 化, 會給你一個警告信息。

4. 建議

(1) inline函數的定義放在頭文件中

inline 在大多數 C++ 程序中是編譯行為。其次，因為內聯函數要在調用點展開，所以編譯器必須隨處可見內聯函數的定義，要不然就成瞭非內聯函數的調用瞭。所以，這要求每個調用瞭內聯函數的文件都出現瞭該內聯函數的定義。因此，將內聯函數的定義放在頭文件裡實現是合適的，省卻你為每個文件實現一次的麻煩。

(2) 聲明跟定義要一致

如果在每個文件裡都實現一次該內聯函數的話，那麼，最好保證每個定義都是一樣的，否則，將會引起未定義的行為。如果不是每個文件裡的定義都一樣，那麼，編譯器展開的是哪一個，那要看具體的編譯器而定。所以，最好將內聯函數定義放在頭文件中。

(3) 構造函數和析構函數往往是 inlining 的糟糕候選人

因為構造函數和析構函數編譯器往往做瞭各式各樣的保證。當你創建對象, 每一個基類和成員都會自動構造, 當你釋放對象, 每個基類和成員都要自動釋放。

5 類中的成員函數與inline

類 inline 函數有兩種方法：

(1) 隱喻式：定義在類中的成員函數缺省都是內聯的，如果在類定義時就在類內給出函數定義，那當然最好。

(2) 明確聲明：如果在類中未給出成員函數定義，而又想內聯該函數的話，那在類外要加上inline，否則就認為不是內聯的。

例如，

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

將成員函數的定義體放在類聲明之中雖然能帶來書寫上的方便，但不是一種良好的編程風格，上例應該改成：

// 頭文件
class A
{
    public:
    void Foo(int x, int y);
}
// 定義文件
inline void A::Foo(int x, int y){}

6 inline 是一種“用於實現的關鍵字”

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：

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：

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，inline 是一種“用於實現的關鍵字”，而不是一種“用於聲明的關鍵字”。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、定義體前面都加瞭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，但是體現瞭高質量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。

7 慎用inline

內聯能提高函數的執行效率，為什麼不把所有的函數都定義成內聯函數？如果所有的函數都是內聯函數，還用得著“內聯”這個關鍵字嗎？

內聯是以代碼膨脹（復制）為代價，僅僅省去瞭函數調用的開銷，從而提高函數的執行效率。 如果執行函數體內代碼的時間，相比於函數調用的開銷較大，那麼效率的收獲會很少。另一方面，每一處內聯函數的調用都要復制代碼，將使程序的總代碼量增大，消耗更多的內存空間。

以下情況不宜使用內聯： 

(1) 如果函數體內的代碼比較長，使用內聯將導致內存消耗代價較高。 

(2) 如果函數體內出現循環，那麼執行函數體內代碼的時間要比函數調用的開銷大。

(3)  類的構造函數和析構函數容易讓人誤解成使用內聯更有效。要當心構造函數和析構函數可能會隱藏一些行為，如“偷偷地”執行瞭基類或成員對象的構造函數和析構函數。所以不要隨便地將構造函數和析構函數的定義體放在類聲明中。

一個好的編譯器將會根據函數的定義體，自動地取消不值得的內聯（這進一步說明瞭 inline 不應該出現在函數的聲明中）。

8 總結

內聯函數並不是一個增強性能的靈丹妙藥。隻有當函數非常短小的時候它才能得到我們想要的效果；但是，如果函數並不是很短而且在很多地方都被調用的話，那麼將會使得可執行體的體積增大。 最令人煩惱的還是當編譯器拒絕內聯的時候。在老的實現中，結果很不盡人意，雖然在新的實現中有很大的改善，但是仍然還是不那麼完善的。一些編譯器能夠足夠的聰明來指出哪些函數可以內聯哪些不能，但是大多數編譯器就不那麼聰明瞭，因此這就需要我們的經驗來判斷。如果內聯函數不能增強性能，就避免使用它！

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