C++ 中的 inline 用法

1. 引入 inline 關鍵字的原因

在 c/c++ 中，爲了解決一些頻繁調用的小函數大量消耗棧空間（棧內存）的問題，特別的引入了 inline 修飾符，表示爲內聯函數。
棧空間就是指放置程序的局部數據（也就是函數內數據）的內存空間。
在系統下，棧空間是有限的，假如頻繁大量的使用就會造成因棧空間不足而導致程序出錯的問題，如，函數的死循環遞歸調用的最終結果就是導致棧內存空間枯竭。
下面我們來看一個例子：

#include <stdio.h>
//函數定義爲inline即:內聯函數
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));    
   }
}

上面的例子就是標準的內聯函數的用法，使用 inline修飾帶來的好處我們表面看不出來，其實，在內部的工作就是在每個 for 循環的內部任何調用 dbtest(i) 的地方都換成了(i%2>0)?"奇":"偶"，這樣就避免了頻繁調用函數對棧內存重複開闢所帶來的消耗。

2. inline使用限制

inline 的使用是有所限制的，inline只適合涵數體內代碼簡單的涵數使用，不能包含複雜的結構控制語句例如while、switch，並且不能內聯函數本身不能是直接遞歸函數（即，自己內部還調用自己的函數）。

3. inline僅是一個對編譯器的建議

inline 函數僅僅是一個對編譯器的建議，所以最後能否真正內聯，看編譯器的意思，它如果認爲函數不復雜，能在調用點展開，就會真正內聯，並不是說聲明瞭內聯就會內聯，聲明內聯只是一個建議而已。

4. 建議 inline 函數的定義放在頭文件中

其次，因爲內聯函數要在調用點展開，所以編譯器必須隨處可見內聯函數的定義，要不然就成了非內聯函數的調用了。所以，這要求每個調用了內聯函數的文件都出現了該內聯函數的定義。
因此，將內聯函數的定義放在頭文件裏實現是合適的，省卻你爲每個文件實現一次的麻煩。
聲明跟定義要一致：如果在每個文件裏都實現一次該內聯函數的話，那麼，最好保證每個定義都是一樣的，否則，將會引起未定義的行爲。如果不是每個文件裏的定義都一樣，那麼，編譯器展開的是哪一個，那要看具體的編譯器而定。所以，最好將內聯函數定義放在頭文件中。

5. 類中的成員函數與inline

定義在類中的成員函數默認都是內聯的，如果在類定義時就在類內給出函數定義，那當然最好。如果在類中未給出成員函數定義，而又想內聯該函數的話，那在類外要加上 inline，否則就認爲不是內聯的。

class A
{
    public:void Foo(int x, int y) {  } // 自動地成爲內聯函數
}
將成員函數的定義體放在類聲明之中雖然能帶來書寫上的方便，但不是一種良好的編程風格，上例應該改成：
// 頭文件
class A
{
    public:
    void Foo(int x, int y);
}

// 定義文件
inline void A::Foo(int x, int y){}

6. inline 是一種"用於實現的關鍵字

關鍵字 inline 必須與函數定義體放在一起才能使函數成爲內聯，僅將 inline 放在函數聲明前面不起任何作用。
如下風格的函數 Foo 不能成爲內聯函數：

inline void Foo(int x, int y); // inline 僅與函數聲明放在一起
void Foo(int x, int y){}

而如下風格的函數 Foo 則成爲內聯函數：

void Foo(int x, int y);
inline void Foo(int x, int y) {} // inline 與函數定義體放在一起

所以說，inline是一種"用於實現的關鍵字"，而不是一種"用於聲明的關鍵字"。一般地，用戶可以閱讀函數的聲明，但是看不到函數的定義。儘管在大多數教科書中內聯函數的聲明、定義體前面都加了inline 關鍵字，但我認爲inline不應該出現在函數的聲明中。這個細節雖然不會影響函數的功能，但是體現了高質量C++/C 程序設計風格的一個基本原則：聲明與定義不可混爲一談，用戶沒有必要、也不應該知道函數是否需要內聯。

7. 慎用 inline

內聯能提高函數的執行效率，爲什麼不把所有的函數都定義成內聯函數？如果所有的函數都是內聯函數，還用得着"內聯"這個關鍵字嗎？
內聯是以代碼膨脹（複製）爲代價，僅僅省去了函數調用的開銷，從而提高函數的執行效率。
如果執行函數體內代碼的時間，相比於函數調用的開銷較大，那麼效率的收穫會很少。另一方面，每一處內聯函數的調用都要複製代碼，將使程序的總代碼量增大，消耗更多的內存空間。
以下情況不宜使用內聯：

如果函數體內的代碼比較長，使用內聯將導致內存消耗代價較高。
如果函數體內出現循環，那麼執行函數體內代碼的時間要比函數調用的開銷大。類的構造函數和析構函數容易讓人誤解成使用內聯更有效。要當心構造函數和析構函數可能會隱藏一些行爲，如"偷偷地"執行了基類或成員對象的構造函數和析構函數。所以不要隨便地將構造函數和析構函數的定義體放在類聲明中。一個好的編譯器將會根據函數的定義體，自動地取消不值得的內聯（這進一步說明了 inline 不應該出現在函數的聲明中）。

8. 總結

內聯函數並不是一個增強性能的靈丹妙藥。只有當函數非常短小的時候它才能得到我們想要的效果；但是，如果函數並不是很短而且在很多地方都被調用的話，那麼將會使得可執行體的體積增大。
最令人煩惱的還是當編譯器拒絕內聯的時候。在老的實現中，結果很不盡人意，雖然在新的實現中有很大的改善，但是仍然還是不那麼完善的。一些編譯器能夠足夠的聰明來指出哪些函數可以內聯哪些不能，但是大多數編譯器就不那麼聰明瞭，因此這就需要我們的經驗來判斷。如果內聯函數不能增強性能，就避免使用它

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