C++11中内联函数(inline)

Agenda:

• 为什么要用inline
• inline使用时机

为什么要用inline

考虑下列min()函数（例子来自C++Primer第三版303页）

int min( int v1, int v2 )  
{  
    return( v1 < v2 << v1 : v2 );  
}  

为这样的小操作定义一个函数的好处是：

• 如果一段代码包含min()的调用，那阅读这样的代码并解释其含义比读一个条件操作符的实例，可读性会强很多。
• 改变一个局部化的实现比更改一个应用中的300个出现要容易得多
• 语义是统一的，每个测试都能保证相同的方式实现
• 函数可以被重用，不必为其他的应用重写代码

不过，将min()写成函数有一个严重的缺点：调用函数比直接计算条件操作符要慢很多。那怎么能兼顾以上优点和效率呢？C++提供的解决方案为inline（内联）函数

在程序编译时，编译器将程序中出现的内联函数的调用表达式用内联函数的函数体来进行替代。

例如，如果一个函数被指定为inline 函数则它将在程序中每个调用点上被内联地展开例如

int minVal2 = min( i, j );  

在编译时被展开为

int minVal2 = i < j << i : j;  

则把min()写成函数的额外执行开销从而被消除了。

inline使用时机

从inline的原理，我们可以看出，inline的原理，是用空间换取时间的做法，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。所以，如果函数体代码过长或者函数体重有循环语句，if语句或switch语句或递归时，不宜用内联

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。内联函数调用前必须声明。《高质量C/C++编程》里一个例子。

inline void Foo(int x, int y); // inline 仅与函数声明放在一起  
void Foo(int x, int y)  
{  
    ...  
}  

以上代码不能成为内联函数，而以下则可以

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”。对于以上例子，林锐还建议，只在定义前加上inline，而不是在声明和定义前都加，因为这能体现高质量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。

inline对于编译器来说只是一个建议，编译器可以选择忽略该建议。换句话说，哪怕真的写成了inline，也没有任何错误的情况下，编译器会自动进行优化。所以当inline中出现了递归，循环，或过多代码时，编译器自动无视inline声明，同样作为普通函数调用。

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.

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。

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。

内联函数可以理解为C++中对于函数专有的宏，对于C的函数宏的一种改进。对于常量宏，C++提供const替代；而对于函数宏，C++提供的方案则是inline。在C中，大家都知道宏的优势，编译器通过复制宏代码的方式，省去了参数压栈，生成汇编的call调用，返回参数等操作，虽然存在一些安全隐患，但在效率上，还是很可取的。