内联函数

Posted 2020-11-03

        或许我们在 C 语言中听说过内联函数，但是内联函数是首先在 C++ 中提出来的，可能现代的 C 编译器支持内联函数。

        C++ 中的 const 常量可以代替宏常数定义，如：const int A = 3； <==> #define A 3；那么在 C++ 中是否有解决方案代替宏代码片段呢？在 C++ 中推荐使用内联函数替代宏代码片段，使用 inline 关键字声明内联函数。内联函数声明时 inline 关键字必须和函数定义结合在一起，否则编译器会直接忽略内联请求。

        C++ 编译器可以将一个函数进行内联编译，被 C++ 编译器内联编译的函数叫做内联函数；C++ 编译器直接将函数插入函数调用的地方，内联函数没有普通函数调用时的额外开销（压栈，跳转，返回等）；但 C++ 编译器不一定会满足函数的内联请求！

        我们以代码为例来进行分析

#include <stdio.h>

#define FUNC(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

inline int func(int a, int b)
{
    return a < b ? a : b;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int a = 1;
    int b = 3;
    int c = FUNC(++a, b);
    
    printf("a = %d\n", a);
    printf("b = %d\n", b);
    printf("c = %d\n", c);
    
    return 0;
}

        我们在第 3 行定义了宏函数，返回两个数中的较小值；在第 5 行定义函数返回较小值。我们先用宏函数来返回，在第 14 行比较 ++a 和 b 的值，明显返回的是 2，那么最后的值就为 a = 2, b = 3, c = 2；我们来看看结果

        我们看到的是返回的是 3，仔细看下程序，我们调用的是宏函数，也就是说，这个 ++a 被执行了两次，所以返回 3 很正常。我们再来把宏函数调用换成函数调用，看看结果

        我们看到这次和我们分析的是一致的啦，那么宏函数和函数还是有区别的，宏函数有弊端。

        下来我们来讲讲内联函数，内联函数具有普通函数的特征（参数检查，返回类型等）；函数的内联请求可能会被编译器拒绝；函数被内联编译后，函数体直接扩展到调用的地方；宏代码片段由预处理器处理，进行简单的文本替换，没有任何的编译过程，因此可能出现副作用。

        现代 C++ 编译器能够进行编译优化，一些函数即使没有 inline 声明，也可能被内联编译；一些现代的 C++ 编译器通过了扩展语法，能够对函数进行强制内联，如：g++：__attribute__((always_inline))属性； MSVC：__forcrinline

        下来我们以代码为例进行分析

#include <stdio.h>


inline 
int add_inline(int n);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int r = add_inline(10);

    printf(" r = %d\n", r);

    return 0;
}

inline int add_inline(int n)
{
    int ret = 0;

    for(int i=0; i<n; i++)
    {
        ret += i;
    }

    return ret;
}

        我们在 VS2010 中通过断点调试进到反汇编，看看内联函数生效了没。在第 8 行通过调用内联函数 add_inline，我们看到汇编函数如下

        我们看到有 call 的调用，证明内联请求失败了。还是调用了函数，并没有在这块直接把函数体铺开。这也证明了我们之前所说的不是每一个内联请求都会得到执行。

        在 C++ 中 inline 内联编译有这么几种条件限制：a> 不能存在任何形式的循环语句；b> 不能存在过多的条件判断语句；c> 函数体不能过于庞大；d> 不能对函数进行取址操作；e> 函数内联声明必须在函数调用语句之前；

        通过对内联函数的学习，总结如下：1、C++ 中可以通过 inline 声明内联函数；2、编译器直接将内联函数体扩展到函数调用的地方；3、inline 只是一种请求，编译器不一定允许这种请求；4、内联函数省去了函数调用时压栈、跳转和返回的开销。

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