为什么在 C++ 中 inline 函数要在头文件中定义

先说结论：

• inline 函数并不是必须定义在头文件中，但是一个好的工程习惯是将其定义在头文件中。
• （核心）inline 函数在链接的时候仅仅在单个 cpp 文件中“可见”，并不是全局“可见”，其实是因为 inline 函数没有被编译成汇编码，无法用于链接。
• inline函数仅仅是一个建议，对编译器的建议，最后能否真正内联，还要看编译器，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。
• C++ 中在类中实现的成员函数会被编译器自动默认判定为 inline 函数。

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对于以下三个文件做测试：
test.h

// test.h
#include 
class Test{
public:
	void func();
};

test.cpp

//test.cpp
#include "test.h"
inline void Test::func()
{
	std::cout<<"Hello, inline!"<<std::endl;
}

client1.cpp

#include "test.h"
int main()
{
	Test a;
	a.func();
	return 0;
}

我们将 Test 类中的 func 成员函数作为内联函数实现在 test.h 头文件所对应的 test.cpp 文件中，然后在 client1.cpp 中调用，用GCC编译的时候报链接错误如下：

链接器报错表示在 main 函数中调用的 func 函数是未定义的，由此可知内联函数与普通函数不同，其仅仅在本文件内可见，而不是全局可见的。如果将上述代码中 func 内联函数的定义写入到 test.h 头文件中，则可以正确的编译运行。

同时我们也可以得出结论，内联函数可以不在头文件中定义，但是在每个需要用到他的文件里面都需要对其定义，甚至可以有不同的定义，虽然这是行得通的，但是这好像违背了初衷，所以一般将内联函数的定义实现在头文件中。

由此我们可以回答以下问题：

1、inline 函数和普通函数链接的区别？
普通函数是整个工程可见的，可以跨文件链接，而 inline 函数仅仅当前文件可见，不可以跨文件链接。

2、inline 函数的定义必须写在头文件中吗？
不必须。但是如果不写在头文件中，那么在每一个调用了 inline 函数的文件中都必须有该 inline 函数的定义，且每个文件中定义可以不同，相当于不同文件中的同名 inline 函数实际上不是同一个函数。

3、为什么类中定义的函数会被编译器自动判定为 inline 函数？
因为在工程中，类的定义通常写在某个头文件中，任何想要使用该类的源文件都需要先包括该头文件，如果在类中定义的函数不是 inline 函数，则有可能出现多重定义的问题。比如说有一个头文件定义了一个类，且该类中有一个实现在类里面的成员函数，工程中有两个源文件都包含了该头文件，那么经过预处理后，相当于在两个源文件中都有对该成员函数的定义，如果该成员函数没有被编译器判定为 inline 函数，则在链接的时候会出现多重定义的错误。

4、原理是什么？
因为 inline 函数在编译的时候就被插入到调用处，编译器不会单独为一个 inline 函数生成汇编代码，而是在调用的地方直接生成汇编代码插入到调用处，这个是属于编译阶段的事情而不是链接阶段的事情，所以在编译的代码生成阶段就需要拿到 inline 函数的定义。如果编译器在编译的代码生成阶段没有拿到 inline 函数的定义，则将对其的调用推迟到链接时，但是由于对于 inline 函数的定义处，编译器并未生成汇编代码，所以会链接失败。