關於inline函數的使用

(一)inline函數(摘自C++ Primer的第三版)

       避開函數調用開銷:

       函數調用需要時間和空間開銷,調用函數實際上將程序執行流程轉移到被調函數中,被調函數的代碼執行完後,再返回到調用的地方。這種調用操作要求調用前保護好現場並記憶執行的地址,返回後恢復現場,並按原來保存的地址繼續執行。對於較長的函數這種開銷可以忽略不計,但對於一些函數體代碼很短,又被頻繁調用的函數,就不能忽視這種開銷。引入內聯函數正是爲了解決這個問題,提高程序的運行效率。
    在程序編譯時,編譯器將程序中出現的內聯函數的調用表達式用內聯函數的函數體來進行替換。由於在編譯時將內聯函數體中的代碼替代到程序中,因此會增加目標程序代碼量,進而增加空間開銷,而在時間開銷上不象函數調用時那麼大,可見它是以目標代碼的增加爲代價來換取時間的節省

        總結:inline函數是提高運行時間效率,但卻增加了空間開銷。
       即inline函數目的是:爲了提高函數的執行效率(速度)。
非內聯函數調用有棧內存創建和釋放的開銷
在C中可以用宏代碼提高執行效率,宏代碼不是函數但使用起來像函數,編譯器用複製宏代碼的方式取代函數調用,省去了參數壓棧、生成彙編語言的CALL調用、返回參數、執行return等過程,從而提高速度。

        使用宏的缺點:(1)容易出錯(預處理器在複製宏代碼時常常產生意想不到的邊際效應)
                  例如:#define MAX(a,b)    (a) > (b) ? (a) : (b)
                        語句result = MAX(i,j) + 2 卻被擴展爲result = (i)>(j)?(i):(j)+2;
                        但意卻爲result = ((i)>(j)?(i):(j)) + 2;
              (2)不可調試
              (3)無法操作類的私有數據成員

      在函數聲明或定義中函數返回類型前加上關鍵字inline即把min()指定爲內聯。

      inline int min(int first, int secend) {/****/};

        inline函數對編譯器而言必須是可見的,以便它能夠在調用點內展開該函數。與非inline函數不同的是,inline函數必須在調用該函數的每個文本文件中定義。當然,對於同一程序的不同文件,如果inline函數出現的話,其定義必須相同。對於由兩個文件compute.C和draw.C構成的程序來說,程序員不能定義這樣的min()函數,它在compute.C中指一件事情,而在draw.C中指另外一件事情。如果兩個定義不相同,程序將會有未定義的行爲.

        爲保證不會發生這樣的事情,建議把inline函數的定義放到頭文件中。在每個調用該inline函數的文件中包含該頭文件。這種方法保證對每個inline函數只有一個定義,且程序員無需複製代碼,並且不可能在程序的生命期中引起無意的不匹配的事情。

(二)內聯函數的編程風格(摘自高質量C++/C 編程指南)

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。


定義在類聲明之中的成員函數將自動地成爲內聯函數,例如
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)
{
}

慎用內聯
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
獲會很少。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:
(1)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。
(2)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)。

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