C++ 内联函数inline

一、引入inline关键字的原因

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。

二、内联函数的编程风格

1、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。

2.inline使用限制

inline的使用是有所限制的，inline只适合涵数体内代码简单的涵数使用，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）。

限制：a.函数不可有循环；b.不能有switch语句; c.不能含有递归和静态变量

3. 内联函数应该在头文件中定义

定义在类声明之中的成员函数将自动地成为内联函数，例如：

class A
{  
public:
 void Foo(int x, int y) { ... }   // 自动地成为内联函数  
} 
           

但是编译器是否将它真正内联则要看 Foo函数如何定义

内联函数应该在头文件中定义，这一点不同于其他函数。编译器在调用点内联展开函数的代码时，必须能够找到 inline 函数的定义才能将调用函数替换为函数代码，而对于在头文件中仅有函数声明是不够的。

当然内联函数定义也可以放在源文件中，但此时只有定义的那个源文件可以用它，而且必须为每个源文件拷贝一份定义(即每个源文件里的定义必须是完全相同的)，当然即使是放在头文件中，也是对每个定义做一份拷贝，只不过是编译器替你完成这种拷贝罢了。但相比于放在源文件中，放在头文件中既能够确保调用函数是定义是相同的，又能够保证在调用点能够找到函数定义从而完成内联(替换)。

但是你会很奇怪，重复定义那么多次，不会产生链接错误？

A.h :

class A
{
public:
 A(int a, int b) : a(a),b(b){}
 int max();
private:
 int a;
 int b;
};
           

A.cpp : 
           

#include "A.h"
inline int A::max()
{
 return a > b ? a : b;
}

           

Main.cpp：

#include <iostream>
#include "A.h"
using namespace std;
inline int A::max()
{
 return a > b ? a : b;
}

int main()
{
 A a(3, 5);
 cout<<a.max()<<endl;
 return 0;
}
           

一切正常编译，输出结果：5

倘若你在Main.cpp中没有定义max内联函数，那么会出现链接错误：

error LNK2001: unresolved external symbol "public: int __thiscall A::max(void)" ([email protected]@@QAEHXZ)main.obj

找不到函数的定义，所以内联函数可以在程序中定义不止一次，只要 inline 函数的定义在某个源文件中只出现一次，而且在所有源文件中，其定义必须是完全相同的就可以。

在头文件中加入或修改 inline 函数时，使用了该头文件的所有源文件都必须重新编译。

三、慎用内联

       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。

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）。

内联函数：

Tip： 只有当函数只有 10 行甚至更少时才将其定义为内联函数.

定义: 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; 比如虚函数和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). 虚函数内联的主要原因则是想把它的函数体放在类定义内, 为了图个方便, 抑或是当作文档描述其行为, 比如精短的存取函数.

-inl.h文件：

Tip： 复杂的内联函数的定义, 应放在后缀名为 -inl.h 的头文件中.

内联函数的定义必须放在头文件中, 编译器才能在调用点内联展开定义. 然而, 实现代码理论上应该放在 .cc 文件中, 我们不希望 .h 文件中有太多实现代码, 除非在可读性和性能上有明显优势. 

如果内联函数的定义比较短小, 逻辑比较简单, 实现代码放在 .h 文件里没有任何问题. 比如, 存取函数的实现理所当然都应该放在类定义内. 出于编写者和调用者的方便, 较复杂的内联函数也可以放到 .h 文件中, 如果你觉得这样会使头文件显得笨重, 也可以把它萃取到单独的 -inl.h 中. 这样把实现和类定义分离开来, 当需要时包含对应的 -inl.h 即可。

题目

• 关于c++的inline关键字,以下说法正确的是() 

  正确答案: D 你的答案: A (错误)

A. 使用inline关键字的函数会被编译器在调用处展开

B. 头文件中可以包含inline函数的声明

C. 可以在同一个项目的不同源文件内定义函数名相同但实现不同的inline函数

D. 定义在Class声明内的成员函数默认是inline函数

E. 优先使用Class声明内定义的inline函数

F. 优先使用Class实现的内inline函数的实现

解析：

A 如果只声明含有inline关键字，就没有内联的效果。 内联函数的定义必须放在头文件中, 编译器才能在调用点内联展开定义. 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; 比如虚函数和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.

B 内联函数应该在头文件中定义，这一点不同于其他函数。编译器在调用点内联展开函数的代码时，必须能够找到 inline 函数的定义才能将调用函数替换为函数代码，而对于在头文件中仅有函数声明是不够的。

C 当然内联函数定义也可以放在源文件中，但此时只有定义的那个源文件可以用它，而且必须为每个源文件拷贝一份定义(即每个源文件里的定义必须是完全相同的)，当然即使是放在头文件中，也是对每个定义做一份拷贝，只不过是编译器替你完成这种拷贝罢了。但相比于放在源文件中，放在头文件中既能够确保调用函数是定义是相同的，又能够保证在调用点能够找到函数定义从而完成内联(替换)。

对于由两个文件compute.C和draw.C构成的程序来说，程序员不能定义这样的min()函数，它在compute.C中指一件事情，而在draw.C中指另外一件事情。如果两个定义不相同，程序将会有未定义的行为：

为保证不会发生这样的事情，建议把inline函数的定义放到头文件中。在每个调用该inline函数的文件中包含该头文件。这种方法保证对每个inline函数只有一个定义，且程序员无需复制代码，并且不可能在程序的生命期中引起无意的不匹配的事情。

D 正确。 定义在类声明之中的成员函数将自动地成为内联函数，例如： 

class A { public: void Foo(int x, int y) { … } // 自动地成为内联函数 }

E、F 在每个调用该inline函数的文件中包含该头文件。这种方法保证对每个inline函数只有一个定义，且程序员无需复制代码，并且不可能在程序的生命期中引起无意的不匹配的事情。最好只有一个定义！