C++中的inline用法

Posted 2022-08-16 森明帮大于黑虎帮

文章目录

• 1. 引入inline关键字的原因
• 2. inline使用限制
• 3. inline仅是一个对编译器的建议
• 4. 建议：inline函数的定义放在头文件中
• 5. 类中的成员函数与inline
• 6. inline 是一种“用于实现的关键字”
• 7. 慎用inline
• 8.C++中使用inline代替C中的define
• 9.总结

1. 引入inline关键字的原因

C++关键字，在函数声明或定义中函数返回类型前加上关键字inline，即可以把函数指定为内联函数。关键字inline必须与函数定义放在一起才能使函数成为内联，仅仅将inline放在函数声明前面不起任何作用。inline是一种"用于实现的关键字"，而不是一种"用于声明的关键字"。一般的，用户可以阅读函数的声明，但是看不到函数的定义。

在c/c++中，为了解决一些频繁调用的小函数大量消耗栈空间（栈内存）的问题，特别的引入了inline修饰符，表示为内联函数。

栈空间就是指放置程序的局部数据（也就是函数内数据）的内存空间。

在系统下，栈空间是有限的，假如频繁大量的使用就会造成因栈空间不足而导致程序出错的问题。如函数的死循环递归调用的最终结果就是导致栈内存空间枯竭。

下面我们来看一个例子：

#include <stdio.h>
//函数定义为inline即:内联函数
inline char* dbtest(int a) 
    return (i % 2 > 0) ? "奇" : "偶";
 

int main()

   int i = 0;
   for (i=1; i < 100; i++) 
       printf("i:%d    奇偶性:%s /n", i, dbtest(i));    
   

上面的例子就是标准的内联函数的用法，使用inline修饰带来的好处我们表面看不出来，其实，在内部的工作就是在每个for循环的内部任何调用dbtest(i)的地方都换成了(i%2>0)?”奇”:”偶”，这样就避免了频繁调用函数对栈内存重复开辟所带来的消耗。

2. inline使用限制

inline的使用是有所限制的，inline只适合函数体内代码简单的函数使用，不能包含复杂的结构控制语句例如while、switch，并且不能内联函数本身不能是直接递归函数（即，自己内部还调用自己的函数）。

3. inline仅是一个对编译器的建议

inline函数仅仅是一个对编译器的建议，所以最后能否真正内联，看编译器的意思，它如果认为函数不复杂，能在调用点展开，就会真正内联，并不是说声明了内联就会内联，声明内联只是一个建议而已。

4. 建议：inline函数的定义放在头文件中

其次，因为内联函数要在调用点展开，所以编译器必须随处可见内联函数的定义，要不然就成了非内联函数的调用了。所以，这要求每个调用了内联函数的文件都出现了该内联函数的定义。

因此，将内联函数的定义放在头文件里实现是合适的，省却你为每个文件实现一次的麻烦。

声明跟定义要一致：如果在每个文件里都实现一次该内联函数的话，那么，最好保证每个定义都是一样的，否则，将会引起未定义的行为。如果不是每个文件里的定义都一样，那么，编译器展开的是哪一个，那要看具体的编译器而定。所以，最好将内联函数定义放在头文件中。

5. 类中的成员函数与inline

定义在类中的成员函数缺省都是内联的，如果在类定义时就在类内给出函数定义，那当然最好。如果在类中未给出成员函数定义，而又想内联该函数的话，那在类外要加上inline，否则就认为不是内联的。

例如：

class A

    public:void Foo(int x, int y)    // 自动地成为内联函数

将成员函数的定义体放在类声明之中虽然能带来书写上的方便，但不是一种良好的编程风格，上例应该改成：

// 头文件
class A

    public:
    void Foo(int x, int y);

// 定义文件
inline void A::Foo(int x, int y) 

6. inline 是一种“用于实现的关键字”

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

所以说，inline 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。尽管在大多数教科书中内联函数的声明、定义体前面都加了inline 关键字，但我认为inline不应该出现在函数的声明中。这个细节虽然不会影响函数的功能，但是体现了高质量C++/C 程序设计风格的一个基本原则：声明与定义不可混为一谈，用户没有必要、也不应该知道函数是否需要内联。

7. 慎用inline

内联能提高函数的执行效率，为什么不把所有的函数都定义成内联函数？如果所有的函数都是内联函数，还用得着“内联”这个关键字吗？

内联是以代码膨胀（复制）为代价，仅仅省去了函数调用的开销，从而提高函数的执行效率。

如果执行函数体内代码的时间，相比于函数调用的开销较大，那么效率的收获会很少。另一方面，每一处内联函数的调用都要复制代码，将使程序的总代码量增大，消耗更多的内存空间。

以下情况不宜使用内联：
（1）如果函数体内的代码比较长，使用内联将导致内存消耗代价较高。
（2）如果函数体内出现循环，那么执行函数体内代码的时间要比函数调用的开销大。类的构造函数和析构函数容易让人误解成使用内联更有效。要当心构造函数和析构函数可能会隐藏一些行为，如“偷偷地”执行了基类或成员对象的构造函数和析构函数。所以不要随便地将构造函数和析构函数的定义体放在类声明中。一个好的编译器将会根据函数的定义体，自动地取消不值得的内联（这进一步说明了 inline 不应该出现在函数的声明中）。

8.C++中使用inline代替C中的define

在C&C++中，inline关键字用来定义一个类的内联函数，引入它的主要原因是用它替代C中表达式形式的宏定义。

表达式形式的宏定义一例:

#define ExpressionName(Var1,Var2) ((Var1)+(Var2))*((Var1)-(Var2))

取代这种形式的原因如下:

1. C中使用define这种形式宏定义的原因是因为，C语言是一个效率很高的语言，这种宏定义在形式及使用上像一个函数，但它使用预处理器实现，没有了参数压栈，代码生成等一系列的操作,因此，效率很高，这是它在C中被使用的一个主要原因。

2. 这种宏定义在形式上类似于一个函数，但在使用它时，仅仅只是做预处理器符号表中的简单替换，因此它不能进行参数有效性的检测，也就不能享受C++编译器严格类型检查的好处，另外它的返回值也不能被强制转换为可转换的合适的类型，这样，它的使用就存在着一系列的隐患和局限性。

3. 在C++中引入了类及类的访问控制，这样，如果一个操作或者说一个表达式涉及到类的保护成员或私有成员，你就不可能使用这种宏定义来实现(因为无法将this指针放在合适的位置)。

4. inline 推出的目的，也正是为了取代这种表达式形式的宏定义，它消除了宏定义的缺点，同时又很好地继承了宏定义的优点。

对应于上面的1-3点，阐述如下:

1. inline 定义的类的内联函数，函数的代码被放入符号表中，在使用时直接进行替换，(像宏一样展开)，没有了调用的开销，效率也很高。

2. 很明显，类的内联函数也是一个真正的函数，编译器在调用一个内联函数时，会首先检查它的参数的类型，保证调用正确。然后进行一系列的相关检查，就像对待任何一个真正的函数一样。这样就消除了它的隐患和局限性。

3. inline 可以作为某个类的成员函数，当然就可以在其中使用所在类的保护成员及私有成员。

在何时使用inline函数:

首先，你可以使用inline函数完全取代表达式形式的宏定义。

另外要注意，内联函数一般只会用在函数内容非常简单的时候，这是因为，内联函数的代码会在任何调用它的地方展开，如果函数太复杂，代码膨胀带来的恶果很可能会大于效率的提高带来的益处。内联函数最重要的使用地方是用于类的存取函数。

简单提一下inline 的使用吧:

1.在类中定义这种函数:

class ClassName

.....

....

INT GetWidth()return m_lPicWidth;; // 如果在类中直接定义，不需要用inline修饰,编译器自动化为内联函数

.... //此说法在《C++ Primer》中提及

....

2.在类外定义前加inline关键字:

此外还有一些规则需注意:

1. inline说明对编译器来说只是一种建议，编译器可以选择忽略这个建议。比如，你将一个长达1000多行的函数指定为inline，编译器就会忽略这个inline，将这个函数还原成普通函数。

2. 在调用内联函数时，要保证内联函数的定义让编译器"看"到，也就是说内联函数的定义要在头文件中，这与通常的函数定义不一样。但如果你习惯将函数定义放在CPP文件中，或者想让头文件更简洁一点，可这样做:

以上方法是通用、有效的，可放心使用，不必担心在头文件包含CPP文件会导致编译错误。

9.总结

内联函数并不是一个增强性能的灵丹妙药。只有当函数非常短小的时候它才能得到我们想要的效果；但是，如果函数并不是很短而且在很多地方都被调用的话，那么将会使得可执行体的体积增大。
最令人烦恼的还是当编译器拒绝内联的时候。在老的实现中，结果很不尽人意，虽然在新的实现中有很大的改善，但是仍然还是不那么完善的。一些编译器能够足够的聪明来指出哪些函数可以内联哪些不能，但是大多数编译器就不那么聪明了，因此这就需要我们的经验来判断。如果内联函数不能增强性能，就避免使用它！