为啥在 C++ 中没有强制内联的标准方法？

Posted 2023-02-22

【中文标题】为啥在 C++ 中没有强制内联的标准方法？

【英文标题】：Why there is no standard way to force inline in C++?为什么在 C++ 中没有强制内联的标准方法？

【发布时间】：2011-05-24 09:35:17

【问题描述】：

根据wikipedia C++ article

C++ 旨在为程序员提供选择，即使这可能导致程序员选择错误。

如果它是这样设计的，为什么没有标准的方法来强制编译器内联某些东西，即使我可能错了？

或者我可以问为什么inline关键字只是一个提示？

我想我在这里别无选择。

在 OOP 世界中，我们在对象上调用方法，应该避免直接访问成员。如果我们不能强制内联访问器，那么我们就无法编写高性能但仍可维护的应用程序。

（我知道许多编译器都实现了自己的强制内联方式，但这很丑陋。使用宏在类上创建内联访问器也很丑陋。）

编译器总是比程序员做得更好吗？

【问题讨论】：

编译器做了一些疯狂的优化工作，内联普通访问器是基础的基础。

你有什么理由相信你可以选择比编译器更好的选择？它对 CPU 指令排序、流水线停顿等方面的了解比您可能了解的多得多。

关于你的最后一个问题，几乎总是......

没有标准的方法，因为没有办法强制内联。 （为什么没有标准方法让猪飞起来？）。在某些情况下，无论您强制执行多少次，编译器都无法内联函数。

@SoapBox：找到内联有帮助的情况并不难，但编译器没有检测到它。经常发生在我身上。编译器编写者（和他们的编译器）并不愚蠢，但提出这些问题的人也不愚蠢。

【参考方案1】：

编译器如何内联递归函数（特别是如果编译器不支持尾调用优化，即使支持，该函数也不支持尾调用优化）。

这只是编译器应该决定内联是否实用的原因之一。可能还有其他我现在想不起来的。

【讨论】：

特别是如果函数不能被尾调用优化:)

@Matthieu M：现在看起来怎么样 :)

另一种情况是函数指针。尽管编译器可以为此生成一个外联副本并将其内联到其他地方。

【参考方案2】：

编译器总是比程序员做得更好吗？

不，并非总是如此……但程序员更容易出错，并且不太可能在几年内保持最佳调优。底线是，内联仅在函数非常小的情况下（对于至少一个常见/重要的代码路径）有助于提高性能，但它可以帮助大约一个数量级，当然这取决于许多事情。程序员评估通常是不切实际的，更不用说仔细观察函数的重要性了，阈值可能会因编译器实现选择、命令行选项、CPU 模型等而有所不同。有很多事情可能会突然膨胀函数 - 任何非内置类型都可以触发各种不同的行为（尤其是在模板中），运算符的使用（甚至new）可以重载，调用约定和异常处理步骤的冗长通常对程序员。

如果编译器没有内联一些小到足以让您期待有用的性能改进的东西，那么编译器可能会意识到一些实现问题，而您实际上并没有使情况变得更糟。在那些灰色情况下，编译器可能会采用任何一种方式，而您刚刚超过某个阈值，那么性能差异无论如何都不太可能显着。

此外，一些程序员（包括我自己）可能很懒惰并故意滥用 inline 作为将实现放在头文件中的便捷方式，绕过 ODR，即使他们知道这些功能很大，如果编译器（被要求）实际上内联它们，那将是灾难性的。不过，这并不排除强制内联关键字/符号……它只是解释了为什么很难改变围绕当前 inline 关键字的期望。

【讨论】：

我不认为这是对关键字的滥用。

@GMan, @Matthieu: 鉴于inline 肯定是为了传达内联的希望或期望而引入的，那么纯粹使用它来避免 ODR 对我来说肯定是一种滥用 - 并不意味着我时不时也没有这样做... :-)。甚至可能是这种令人毛骨悚然的滥用是关键字现在放松的“如果编译器喜欢它”影响的主要原因......？

什么？ inline 不是因为 ODR 而专门添加的吗？

@TonyD：我以为是为了声明代码内联在标题中而添加的。

@MooingDuck：在现代 C++ 中，它具有用于此目的的实用程序 - 允许编译器区分有意的离线调用 - 在链接时解决 - 和意外遗漏的定义保证 C.T.错误，但在最初由 extern 关键字控制的 C/C++ 的演变中，首先使用宏进行内联，然后 inline 修复了类型安全、副作用、缺乏递归和宏的其他弊端。

【参考方案3】：

或者我可以问为什么 inline 关键字是 只是提示？

因为你“可能”比编译器更了解。

大多数时候，对于未标记为内联（并且正确声明/定义）的函数，编译器将根据其配置和实现自行评估该函数是否可以内联。

例如，如果代码不长和/或太复杂，大多数编译器会自动内联在头文件中完全定义的成员函数。那是因为函数在标题中可用，为什么不尽可能多地内联它呢？ 但是这不会发生，例如在 Visual Studio 的调试模式下：在调试中，调试信息仍然需要映射函数的二进制代码，因此它避免内联，但仍会内联标记为内联的函数，因为用户需要它。如果你想标记函数你不需要有调试时信息（如简单的getter），同时在调试时获得更好的性能，这很有用。 在发布模式下（默认情况下），编译器会积极内联它所能做的一切，即使你激活了调试信息，也很难调试代码的某些部分。

因此，一般的想法是，如果您以有助于编译器内联的方式进行编码，它将尽可能多地内联。如果您以难以或不可能内联的方式编写代码，它将避免。如果您将某些内容标记为内联，您只需告诉编译器，如果它发现很难内联但并非不可能内联，则应将其内联。

由于内联取决于调用者和被调用者的上下文，因此没有“规则”。 通常建议的是简单地忽略显式内联标记函数，但在两种情况下：

如果您需要将函数定义放在头文件中，只需内联即可；模板（成员或非成员）函数和其他只是快捷方式的实用函数通常是这种情况； 如果您希望特定编译器在编译时以特定方式运行，例如，即使在 Visual Studio 编译器的调试配置中也将某些成员函数标记为内联。

编译器总是做得更好吗 比程序员？

不，这就是为什么有时使用 inline 关键字会有所帮助。程序员有时可以比编译器更好地了解什么是必要的。例如，如果程序员希望它的二进制文件尽可能小，取决于代码，内联可能是有害的。在需要速度性能的应用程序中，积极地内联会很有帮助。编译器如何知道需要什么？必须对其进行配置并允许以细粒度的方式了解真正想要内联的内容。

【参考方案4】：

错误的假设。

有一种方法。拼写为#define。对于许多早期的 C 项目来说，这已经足够了。 inline 完全不同 - 提示，更好的语义 - 它可以添加到宏之外。但是，一旦两者兼而有之，就没有第三个选项的余地了，一个语义更好但不是可选的选项。

【参考方案5】：

如果你真的需要强制内联函数（为什么？），你可以这样做：复制代码并粘贴，或者使用宏。