小朋友学C++（20）：内联函数

一、何谓内联函数

上一节课中，我们分析了这一段函数：

template<class _Ty> inline
        _Ty _Pow_int(_Ty _X, int _Y)
        {unsigned int _N;
        if (_Y >= 0)
                _N = _Y;
        else
                _N = -_Y;
        for (_Ty _Z = _Ty(1); ; _X *= _X)
                {if ((_N & 1) != 0)
                        _Z *= _X;
                if ((_N >>= 1) == 0)
                        return (_Y < 0 ? _Ty(1) / _Z : _Z); }}

这里用到了关键字inline。 inline表示被修饰的函数内联函数。

二、为何使用内联函数

比如有一个要求两个整数的最大值，可以有三种写法： （1）

a > b ? a : b 

（2）

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

（3）

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

第（2）种方法比第（1）种方法，有三个优点： ① 阅读和理解函数 max 的调用，要比读一条等价的条件表达式并解释它的含义要容易得多 ② 如果需要做任何修改，修改函数要比找出并修改每一处等价表达式容易得多 ③ 函数可以重用，不必为其他应用程序重写代码 但也有一个缺点： 调用函数比求解等价表达式要慢得多。在大多数的机器上，调用函数都要做很多工作：调用前要先保存寄存器，并在返回时恢复，复制实参，程序还必须转向一个新位置执行

C++中支持内联函数，其目的是为了提高函数的执行效率，用关键字 inline 放在函数定义(注意是定义而非声明)的前面即可将函数指定为内联函数，内联函数通常就是将它在程序中的每个调用点上“内联地”展开，假设我们将 max 定义为内联函数，即上面第（3）种方式，那么若调用的代码为

cout << max(a, b) << endl;

则编译时，会自动展开为

cout << (a > b ? a : b) << endl;

从而消除了把 max写成函数的额外执行开销。

三、内联函数与宏的比较

宏本身没有安全检查，纯粹是简单替换，会引起很多语义错误，所以C++倒是提倡用const和内联代替宏。

四、内联函数必须放在函数定义的前面

关键字 inline 必须与函数定义体放在一起才能使函数成为内联，仅将 inline 放在函数声明前面不起任何作用。

如下风格的函数 Foo 不能成为内联函数：

inline void Foo(int x, int y);   // inline 仅与函数声明放在一起   
void Foo(int x, int y)
{
 ...
} 

而如下风格的函数 Foo 则成为内联函数：

void Foo(int x, int y);   
inline void Foo(int x, int y)   // inline 与函数定义体放在一起
{
 ...
} 

而如下风格的函数 Foo 也能成为内联函数：

inline void Foo(int x, int y);   
inline void Foo(int x, int y)   // inline 与函数定义体放在一起
{
 ...
} 

所以说，C++ inline函数是一种“用于实现的关键字”，而不是一种“用于声明的关键字”。 一般地，用户可以阅读函数的声明，但是看不到函数的定义。

五、慎用内联函数

只有当函数只有 10 行甚至更少时才将其定义为内联函数。

当函数被声明为内联函数之后, 编译器会将其内联展开, 而不是按通常的函数调用机制进行调用. 优点: 当函数体比较小的时候, 内联该函数可以令目标代码更加高效. 对于存取函数以及其它函数体比较短, 性能关键的函数, 鼓励使用内联. 缺点: 滥用内联将导致程序变慢. 内联可能使目标代码量或增或减, 这取决于内联函数的大小. 内联非常短小的存取函数通常会减少代码大小, 但内联一个相当大的函数将戏剧性的增加代码大小. 现代处理器由于更好的利用了指令缓存, 小巧的代码往往执行更快。 结论: 一个较为合理的经验准则是, 不要内联超过 10 行的函数. 谨慎对待析构函数, 析构函数往往比其表面看起来要更长, 因为有隐含的成员和基类析构函数被调用! 另一个实用的经验准则: 内联那些包含循环或 switch 语句的函数常常是得不偿失 (除非在大多数情况下, 这些循环或 switch 语句从不被执行)。 有些函数即使声明为内联的也不一定会被编译器内联, 这点很重要; 比如递归函数就不会被正常内联. 通常, 递归函数不应该声明成内联函数.(递归调用堆栈的展开并不像循环那么简单, 比如递归层数在编译时可能是未知的, 大多数编译器都不支持内联递归函数)。