C++實操之內聯成員函數介紹

前言

在C語言中,我們使用瞭宏函數,這是編譯器用來減少執行時間的一種優化技術。那麼問題來瞭,在C++中,有什麼更好的方法來解決這個問題呢?我們引入瞭內聯函數,這是編譯器用來減少執行時間的一種優化技術。我們將討論內聯函數的 “what, why, when & how”。

什麼是內聯函數:

內聯函數是C++的一個增強功能,可以減少程序的執行時間。函數可以通過指示編譯器,使其成為內聯函數,這樣編譯器就可以取代那些被調用的函數定義。編譯器會在編譯時替換內聯函數的定義,而不是在運行時引用函數定義。

註意:這隻是建議編譯器將函數內聯,如果函數很大(在可執行指令等方面),編譯器可以忽略 “內聯 “請求,將函數作為普通函數處理。

如何使一個函數成為內聯:

要使任何函數成為內聯函數,在其定義的開頭使用關鍵字 “inline”。

例子:

 
 
第一種情況:
 
class A
 
{
 
public:
 
  inline int add(int a, int b)
 
  {
 
    return (a+b);
 
  }
 
};
 
 
 
第二種情況:
 
class A
 
{
 
public:
 
  int add(int a, int b);
 
};
 
 
 
inline int A::add(int a, int b)
 
{
 
  return (a+b);
 
}
 
 
 
第三種情況:
 
inline int add_two (int a, int b)
 
{
 
  return (a+b);
 
}

你可以在它的類定義中定義一個成員函數,或者如果你已經在類定義中聲明瞭(但沒有定義)該成員函數,你可以在外面定義它。

第一種情況:

當在類成員列表中定義的成員函數默認為內聯成員函數,所以第一個class A定義裡,也可以省略inline關鍵字。

一般含有幾行代碼的成員函數通常被內聯聲明,或者說可以在類的定義中定義較短的函數。

第二種情況:

如果你在類定義之外定義一個成員函數,它必須出現在包圍類定義的命名空間范圍內。你還必須使用范圍解析(::)操作符來限定成員函數的名稱。

這時如果要聲明為內聯函數,可以類中用inline關鍵字聲明它(並在其類之外定義該函數),或者在類的聲明之外用inline關鍵字定義它。

上面第二個class A是在定義處使用inline關鍵字。

第三種情況:

普通的全局函數,可以在聲明或定義處添加inline關鍵字。

在下面的例子中,成員函數Y::f()是一個內聯成員函數:

鏈接屬性:

內聯修飾符不影響成員或非成員函數的鏈接屬性:鏈接默認為外部鏈接。

內部鏈接表示隻在當前文件內可訪問,外部鏈接表示多個文件可訪問。

局部類的成員函數必須在其類定義中定義。因此,局部類的成員函數是隱含的內聯函數。這些內聯成員函數沒有鏈接屬性。

為什麼使用內聯:

在許多地方,我們為小的工作/功能創建函數,其中包含簡單和較少數量的可執行指令。想象一下它們每次被調用者調用時的開銷。

當遇到正常的函數調用指令時,程序會存儲緊隨函數調用語句之後的指令的內存地址,將被調用的函數加載到內存中,復制參數值,跳轉到被調用函數的內存位置,執行函數代碼,存儲函數的返回值,然後跳回執行被調用函數前剛剛保存的指令地址。運行時間開銷太大。

C++的內聯函數提供瞭一個替代方案。使用inline關鍵字,編譯器用函數代碼本身替換函數調用語句,然後編譯整個代碼(此過程成為代碼展開)。因此,使用內聯函數,編譯器不必跳到另一個位置來執行函數,然後再跳回來,因為被調用函數的代碼已經提供給調用程序。

通過下面的優點、缺點和性能分析,你將能夠理解為什麼使用“inline”關鍵字。

優點 :

1. 它避免瞭函數調用的開銷,從而加快瞭程序執行。

2. 當函數調用發生時,它節省瞭在堆棧上push/pop變量的開銷。

3. 它節省瞭從一個函數中返回調用處的開銷。

4. 它通過利用指令緩存來更多使用本地引用。

5. 通過將其標記為內聯,你可以將函數定義放在頭文件中(也就是說,它可以包含在多個編譯單元中,而不會被鏈接器抱怨)。

缺點 :

1. 由於代碼展開,增加瞭最終可執行文件的大小。

2. C++的內聯是在編譯時處理的。這意味著如果你改變瞭內聯函數的代碼,你將需要重新編譯所有使用它的代碼,以確保它被更新。

3.  當在頭文件中使用時,它使你的頭文件變得更大,因為用戶並不關心這些信息。

4.  如上所述,它增加瞭可執行文件的大小,這可能會導致內存的抖動。更多的頁面故障會降低你的程序性能。

5. 有時並不實用,例如在嵌入式系統中,由於存儲空間的限制,要保證盡可能小的可執行文件。

關鍵點 :

1. 內聯函數隻是一個建議,而不是強制性的。編譯器可能會也可能不會內聯你標記為內聯的函數。沒有標記為內聯的函數,在編譯或連接時,也可能被設置為內聯。

2. 內聯的工作方式就像編譯器控制的復制/粘貼,這與預處理器的宏完全不同。宏會被強行內聯,會污染所有的命名空間和代碼,不容易調試。

3. 所有在類中聲明並定義的成員函數默認是內聯的。所以不需要明確定義為內聯。

4. 虛函數不支持內聯。但是,有時候,當編譯器可以確定對象的類型時(即對象是在同一個函數體中聲明和構造的),即使是一個虛擬函數也會被內聯,因為編譯器確切地知道對象的類型。

5. 模板方法/函數並不總是被內聯的(它們在頭文件中的存在不會使它們自動內聯)。

6. 大多數編譯器會對遞歸函數進行內聯,有些編譯器有此功能的開關,並可以設置最大的遞歸深度。

總結

到此這篇關於C++實操之內聯成員函數介紹的文章就介紹到這瞭,更多相關C++內聯成員函數內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet!

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