深入理解C++內聯函數

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內聯函數的概念

以inline修飾的函數叫做內聯函數，編譯時C++編譯器會在調用內聯函數的地方展開，沒有函數壓棧的開銷，內聯函數的使用可以提升程序的運行效率。

舉個例子：

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; 
}

為這麼一個小的操作定義一個函數的好處有：

  • 閱讀和理解函數 max 的調用，要比讀一條等價的條件表達式並解釋它的含義要容易得多
  • 如果需要做任何修改，修改函數要比找出並修改每一處等價表達式容易得多
  • 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
  • 函數可以重用，不必為其他應用程序重寫代碼

雖然有這麼多好處，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：

- 程序需要存儲當前地址，以便調用結束後返回繼續執行
- 程序將傳入函數的參數壓棧
- 程序跳到跳到標記函數起點的內存單元，執行函數代碼
- 函數調用結束後，將棧清空，返回到之前存儲的地址繼續執行

C++中支持內聯函數，其目的是為瞭提高函數的執行效率，用關鍵字 inline 放在函數定義(註意是定義而非聲明)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，相當於直接copy一份函數體內代碼，在執行到的時候直接按照代碼順序執行，省去瞭許多函數調用過程，節省瞭時間。

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;

從而消除瞭把 max寫成函數的額外執行開銷

是不是覺得這和宏有些像？那為什麼不直接用宏？還要整個內聯函數

內聯函數和宏

首先，宏能夠表達的意思有限，通常是一行的表達式。其次，用宏的安全性不高，容易出錯。

假設定義宏如下：

#define MAX(a,b)  a>b?:a:b

那麼語句

res = MAX(i,j)+2;

會被預處理器擴展為

res = i > j? i:j+2;

由於+的優先級高於？，因此最終比較結果與我們期望不符。
那如果把宏修改為

#define MAX(a,b) (i &gt; j? i:j)

仍然存在問題，例如

res = MAX(i++,j)
res = (i++ < j? i++:j);  // i被+瞭兩次

同時，宏無法調試，但內聯函數可以。在程序的調試版本，內聯函數並沒有真正內聯，就像普通函數一樣實現調試，在程序的發行版本，編譯器才會實現真正內聯。

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++中基本是被廢瞭。

內聯函數的特性

1、inline是一種以空間換時間的做法，省瞭去調用函數的額外開銷。由於內聯函數會在調用的位置展開，所以代碼很長或者有遞歸的函數不適宜作為內聯函數。頻繁調用的小函數建議定義成內聯函數。

2、inline對於編譯器而言隻是一個建議，編譯器會自動優化，如果定義為inline的函數體內有遞歸等，編譯器優化時會忽略掉內聯。

3、inline不建議聲明和定義分離，分離會導致鏈接錯誤。因為inline被展開，就沒有函數地址瞭鏈接就會找不到。

4、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。

5 .相比於宏，有類型檢查，安全性更高，具有一般函數特性，可調試。

總結

本篇文章就到這裡瞭，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關註WalkonNet的更多內容!

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