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C++ 中 inline 的用法

Fifi的天马行空 2022-05-04 阅读 54

引入inline关键字的原因

inline关键字用来定义一个类的内联函数,引入它的原因之一是用它替代C中表达式形式的宏定义。

表达式形式的宏定义如:
#define ExpressionName(Var1,Var2) ((Var1)+(Var2))*((Var1)-(Var2))

在 c/c++ 中,为了解决一些频繁调用的小函数大量消耗栈空间(栈内存)的问题,引入了 inline 修饰符,表示为内联函数。

栈空间就是指放置程序的局部数据(也就是函数内数据)的内存空间。

在系统下,栈空间是有限的,假如频繁大量的使用就会造成因栈空间不足而导致程序出错的问题,如,函数的死循环递归调用的最终结果就是导致栈内存空间枯竭。

下面我们来看一个例子:

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

inline const string num_check(int v)
{
    return (v % 2 > 0) ? "奇" : "偶";
}

int main(void)
{
    int i;
    for (i = 0; i < 100; i++)
        cout << num_check(i) << endl;
    return 0;
}

上面的例子就是标准的内联函数的用法,使用 inline 修饰带来的好处我们表面看不出来,其实,在内部的工作就是在每个 for 循环的内部任何调用 num_check(i) 的地方都换成了 (i%2>0)?"奇":"偶",这样就避免了频繁调用函数对栈内存重复开辟所带来的消耗。

内联函数和普通函数的区别在于:当编译器处理调用内联函数的语句时,不会将该语句编译成函数调用的指令,而是直接将整个函数体的代码插人调用语句处,就像整个函数体在调用处被重写了一遍一样。

inline使用限制

inline 的使用是有所限制的,inline 只适合涵数体内代码简单的涵数使用,不能包含复杂的结构控制语句例如 while、switch,并且内联函数本身不能是直接递归函数(即,自己内部还调用自己的函数)。

inline 函数仅仅是一个对编译器的建议,所以最后能否真正内联,看编译器的意思,它如果认为函数不复杂,能在调用点展开,就会真正内联,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。

建议 inline 函数的定义放在头文件中

其次,因为内联函数要在调用点展开,所以编译器必须随处可见内联函数的定义,要不然就成了非内联函数的调用了。所以,这要求每个调用了内联函数的文件都出现了该内联函数的定义。

因此,将内联函数的定义放在头文件里实现是合适的,省却你为每个文件实现一次的麻烦。

声明跟定义要一致:如果在每个文件里都实现一次该内联函数的话,那么,最好保证每个定义都是一样的,否则,将会引起未定义的行为。如果不是每个文件里的定义都一样,那么,编译器展开的是哪一个,那要看具体的编译器而定。所以,最好将内联函数定义放在头文件中。

类中的成员函数与inline

定义在类中的成员函数默认都是内联的,如果在类定义时就在类内给出函数定义,那当然最好。如果在类中未给出成员函数定义,而又想内联该函数的话,那在类外要加上 inline,否则就认为不是内联的。

class A
{
    public:void Foo(int x, int y) {  } // 自动地成为内联函数
}

将成员函数的定义体放在类声明之中虽然能带来书写上的方便,但不是一种良好的编程风格,上例应该改成:

// 头文件
class A
{
    public:
    void Foo(int x, int y);
}
 
 
// 定义文件
inline void A::Foo(int x, int y){

}

inline 是一种"用于实现的关键字"

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。

如下风格的函数 Foo 不能成为内联函数:

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

而如下风格的函数 Foo 则成为内联函数:

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"

一般地,用户可以阅读函数的声明,但是看不到函数的定义。尽管在大多数教科书中内联函数的声明、定义体前面都加了inline 关键字,但我认为inline不应该出现在函数的声明中。这个细节虽然不会影响函数的功能,但是体现了高质量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,用户没有必要、也不应该知道函数是否需要内联。

慎用 inline

内联能提高函数的执行效率,为什么不把所有的函数都定义成内联函数?如果所有的函数都是内联函数,还用得着"内联"这个关键字吗?
内联是以代码膨胀(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。另一方面,每一处内联函数的调用都要复制代码,将使程序的总代码量增大,消耗更多的内存空间。

以下情况不宜使用内联:
(1)如果函数体内的代码比较长,使用内联将导致内存消耗代价较高。
(2)如果函数体内出现循环,那么执行函数体内代码的时间要比函数调用的开销大。
(3)类的构造函数和析构函数容易让人误解成使用内联更有效。要当心构造函数和析构函数可能会隐藏一些行为,如"偷偷地"执行了基类或成员对象的构造函数和析构函数。所以不要随便地将构造函数和析构函数的定义体放在类声明中。一个好的编译器将会根据函数的定义体,自动地取消不值得的内联(这进一步说明了 inline 不应该出现在函数的声明中)。

inline和宏的区别

通过前面的介绍,,inline和宏很相似,但是他们有什么差别吗?

下面就对两者就行整理:

相同点:

  • 通过替换或展开,没有了函数调用相关的操作,提高了效率

不同点:

  • 宏定义容易产生二意形,inline函数不会
  • 宏定义是在预处理阶段进行的替换,inline函数是在编译阶段进行替换
  • 宏定义只是简单的替换,而inline是函数,编译器会进行严格的类型和作用域检查,保证调用正确。消除了它的隐患和局限性。
  • 宏定义不能用于类成员,没有this指针的位置,而inline可以用于类成员。

宏二义性介绍:

#include <iostream>
using namespace std;
//其实宏这么写是不对的
#define MAX(a,b) a>=b?a:b
int main(void){
    int a,b;
    cin>>a>>b;
    cout<<MAX(a,b)<<endl;
    return 0;
}

宏只是简单替换

cout<<MAX(a--,b)<<endl;

意味着如果读入的数据是a>b,那么a–将执行两次。

如果执行该指令

  int max=MAX(a,b)*2;

那么int max=MAX(a,b)*2;就等价为:

int max=a>=b?a:b*2;

引用参考:
C++ inline用法详解
C++ inline用法

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