C++内联函数：那时我还太年轻，并不知道使用inline带来的效率，早已在暗中标好了价格

Posted 2023-02-16 子夜的星

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文章目录

• 一、前言
• 二、内联函数
• • 1、起源
  • 2、概念
• 三、与宏的区别
• • 1、宏的缺点
  • 2、两者区别
• 四、内联函数的代价
• • 代价一：可执行程序变大
  • 代价二：`inline`可能被忽略
  • 代价三：声明和定义不可分离
• 五、总结

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一、前言

关键字inline是C++相对于C语言的又一个扩充，在函数的声明或定义、函数的返回类型前加上关键字inline，即可把函数指定为内联函数从而提升程序运行的效率。但使用inline是要付出代价的，正如茨威格在《断头王后》中那样写道：“ 那时候她还太年轻，不知道所有命运馈赠的礼物，早已在暗中标好了价格。” 那么inline的优势和它为此要付出的代价是什么呢？让我们来慢慢揭晓！

二、内联函数

1、起源

当一个函数被调用执行时，首先要在栈中为形参和局部变量分配存储空间，然后还要将实参的值复制给形参，接下来还要将函数的返回地址放入栈中，最后才跳转到函数内部执行。这个过程是要消耗时间和栈空间（放置函数内数据的内存空间）的。当一个函数非常短小，但由于被放入循环体中大量的循环，就会消耗大量的时间。同时由于栈空间是有限，所以频繁大量的使用也会造成因栈空间不足所造成的出错。

2、概念

内联函数是一种编程语言结构，用来建议编译器对一些特殊函数进行内联扩展；也就是说建议编译器将指定的函数体插入并取代每一处调用该函数的地方（上下文），从而节省了每次调用函数带来的额外时间开支。在C++中在一个函数的前面加上inline进行修饰，就会将这个函数变为内联函数。

小C挑衅大哥也不是一天两天了，本着 能打就打 以理服人的做法。接下来我们就举个例子现场回应他的挑衅。

int Add(int left,int right)

	return left + right;

int main ()

	int ret = 0;
	ret = Add(1,2);
	return 0;

接着，我们点住ret查看其汇编代码。

我们可以看到，ret的汇编代码中，有一句的前面有一个call，在汇编语言中call就是函数调用指令。它的作用就是将程序当前执行的位置IP压入堆栈中，转移到调用的子程序。
接下来。我们在刚刚的函数前面加入inline进行修饰，再看其汇编语言。

inline int Add(int left,int right)

	return left + right;

int main ()

	int ret = 0;
	ret = Add(1,2);
	return 0;

哇，汇编代码中的call果然消失不见了呢~
那接下来该干嘛了？当然是以理服人！

三、与宏的区别

C语言中确实也有不建立栈帧的方法，那就是使用宏来定义函数。

#define Add(int x,int y) return x+y;

呀…写错了，我重写！

#define Add(x,y) x+y;

额…又错了！再给一次机会！

#define Add(x,y) (x)+(y)

呜…失误！再再给我一次机会！

#define Add(x,y)((x)+(y))

哇…终于写对了！！！！

1、宏的缺点

宏其实是一种非常暴力的替换，正因为如此，它的缺点有很多：

1. 宏函数不能进行调试。
2. 宏函数不会进行类型的检测，代码安全性低。
3. 宏函数容易产生二义性，可维护性差。
4. 宏函数的编写容易出现错误。

2、两者区别

1. 内联函数是在编译时展开，而宏在预编译时展开。
2. 在编译的时候，内联函数直接被嵌入到目标代码中去，而宏只是一个简单的文本替换。
3. 内联函数可以进行诸如类型安全检查、语句是否正确等编译功能，宏不具有这样的功能。

四、内联函数的代价

代价一：可执行程序变大

inline是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当成内联函数处理，在编译阶段，会
用函数体替换函数调用，这样就会导致编译出来的可执行程序变大。

代价二：inline可能被忽略

inline对于编译器而言只是一个建议，不同编译器关于inline实现机制可能不同。
一般建议：将函数规模较小(即函数不是很长，具体没有准确的说法，取决于编译器内部实现)、不是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。
《C++prime》第五版关于inline的建议：

代价三：声明和定义不可分离

定义和声明分离的后果是什么？以下面的代码为例：

F.h

#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);

F.cpp

#include "F.h"
void f(int i)

 cout << i << endl;

main.cpp

#include "F.h"
int main()

 f(10);
 return 0;

运行结果：

为什么普通函数可以将定义和声明分离，而内联函数不行呢？

看汇编代码，普通函数会产生跳转时对应的地址。而内联函数默认在用的地方已经展开了，不需要产生。所以只有声明的话，在声明的地方已经展开了，这会导致在调用的时候没法展开。

五、总结

优点：

• 函数使用时进行替换，效率高

缺点：

• 如果函数的代码较长，使用内联将消耗过多内存
• 如果函数体内有循环，那么执行函数代码时间比调用开销大

建议：

• 建议 inline 函数的定义放在头文件中
• 经常使用且代码短的函数，才进行内联
• 函数体内的代码比较长时，不使用内联
• 函数体内出现多重循环时，不使用内联