【C++】10分钟搞懂内联函数

前言

内联函数是C++特有的一种函数，通过添加关键字inline到函数定义前，实现将普通函数转换为内联函数。本文旨在从以下几个方面通俗地讲解内联函数，帮助小白轻松理解和使用内联函数。

  1. 内联函数是啥
  2. 内联函数有啥用
  3. 啥情况下使用内联函数

内联函数是啥

直接先上定义：

  • 定义：以inline关键字修饰定义的一类函数，让编译器用函数代码替换函数调用

听着有点玄乎，看下面一个实例：

  • 实例： 
    inline int max(int a, int b){
	return a > b ? a:b;
}

int main(){
	int a = 3,b=4;
	cout<<max(a,b)<<endl;  // <=> cout<<a > b ? a:b<<endl;
}
    哦豁，内联函数做的事情就是在程序调用的时候把代码更换了。所有上面cout<<max(a,b)<<endl;的效果等价于cout<<a > b ? a:b<<endl;。

除了上面的定义方式，还有类内的函数会被隐式定义成内联函数，具体如下：

// 声明1（加 inline，建议使用），光声明无法内联，需要在定义中添加inline
inline int functionName(int first, int second,...);

// 声明2（不加 inline）
int functionName(int first, int second,...);

// 定义
inline int functionName(int first, int second,...) {/****/};

// 类内定义，隐式内联
class A {
    int doA() { return 0; }         // 隐式内联
}

// 类外定义，需要显式内联
class A {
    int doA();
}
inline int A::doA() { return 0; }   // 需要显式内联

这样又有什么用呢？

内联函数有啥用

对比内联函数和普通函数，在效果上两者实现一致，但是在效率上内联函数要更胜一筹。究其原因，需要先理解函数调用的过程：

  • 函数调用过程
  1. 程序需要存储当前地址，以便调用结束后返回继续执行
  2. 程序将传入函数的参数压栈
  3. 程序跳到跳到标记函数起点的内存单元，执行函数代码
  4. 函数调用结束后，将栈清空，返回到之前存储的地址继续执行

而内联函数就简单多了，相当于直接copy一份函数体内代码，在执行到的时候直接按照代码顺序执行，省去了许多函数调用过程，节省了时间。

诶，是不是和宏有点像啊，例如我们下面的宏定义：

#define MAX(a,b)  a>b?:a:b

实现了和我们上面例子一样的效果。

那为什么不直接用宏？还要整个内联函数。首先，宏能够表达的意思有限，通常是一行的表达式。其次，用宏的安全性不高，容易出错。

还是上面的例子，假设定义宏如下：

#define MAX(a,b)  a>b?:a:b

那么语句
res = MAX(i,j)+2;

会被预处理器扩展为
res = i > j? i:j+2;

由于+的优先级高于？，因此最终比较结果与我们期望不符。
那如果把宏修改为
#define MAX(a,b) (i > j? i:j)

仍然存在问题，例如
res = MAX(i++,j)
res = (i++ < j? i++:j);  // i被+了两次

同时，宏无法调试，但内联函数可以。在程序的调试版本，内联函数并没有真正内联，就像普通函数一样实现调试，在程序的发行版本，编译器才会实现真正内联。

由此，我们得到内联函数的几个作用：

  1. 提升代码执行效率，不需要跳转进行函数调用，省去参数压栈、栈帧开辟与回收，结果返回等。
  2. 相比于宏，有类型检查，安全性更高，具有一般函数特性，可调试

啥情况下使用内联函数

既然内联函数那么好，全部函数改成内联函数不好吗？内联函数虽然省略了函数的一般步骤，但其每次调用都会copy一份副本的特性使得整体函数代码数量增加，消耗更多空间。

下面的情况不适合使用内联：

  1. 函数体代码过长，内联会使得代码膨胀过大
  2. 函数体内存在循环或其他复杂结构，执行函数体内代码的开销远大于函数调用，没必要内联

个人理解，内联函数应该被视作简易工具函数，对于一些重复利用率高，代码数量较少的功能（例如比大小，交换位置），可以采用内联提高效率。

另外，内联函数应当放在头文件(*.h)中，一方面可以和源文件的功能函数分离，另一方面方便被所有源文件使用（不需要每个源文件一份拷贝）。

参考资料