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【转】内联函数

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【转】[9] 内联函数
(Part of C++ FAQ Lite, Copyright © 1991-2001, Marshall Cline, cline@parashift.com)

简体中文版翻译:申旻nicrosoft@sunistudio.com东日制作室东日软件


FAQs in section [9]:


[9.1] 内联函数是什么?

内联函数是代码被插入到调用者代码处的函数。如同 #define 宏,内联函数通过避免被调用的开销来提高执行效率,尤其是它能够通过调用(“过程化集成”)被编译器优化。

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[9.2] 内联函数是如何在安全和速度上取得折衷?

在 C 中,你可以通过在结构中设置一个 void* 来得到“封装的结构”,在这种情况下,指向实际数据的 void* 指针对于结构的用户来说是未知的。因此结构的用户不知道如何解释void*指针所指内容,但是存取函数可以将 void* 转换成适当的隐含类型。这样给出了封装的一种形式。

不幸的是这样做丧失了类型安全,并且也将繁琐的对结构中的每个域的访问强加于函数调用。(如果你允许直接存取结构的域,那么对任何能直接存取的人来说,了解如何解释 void* 指针所指内容就是必要的了;这样将使改变底层数据结构变的困难)。

虽然函数调用开销是很小的,但它会被累积。C++类允许函数调用以内联展开。这样让你在得到封装的安全性时,同时得到直接存取的速度。此外,内联函数的参数类型由编译器检查,这是对 C 的 #define 宏的一个改进。

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[9.3] 为什么我应该用内联函数?而不是原来清晰的 #define 宏? UPDATED!

[Recently rewrote the sentence on #define being evil (on 7/00). Click here to go to the next FAQ in the “chain” of recent changes.]

因为#define宏是在四处是有害的:罪状#1, 罪状#2, 罪状#3, 和 罪状#4

和 #define 宏不同的是,内联函数总是对参数只精确地进行一次求值,从而避免了那声名狼藉的宏错误。换句话说,调用内联函数和调用正规函数是等价的,差别仅仅是更快:

// 返回 i 的绝对值的宏
#define unsafe(i)   
           ( (i) >= 0 ? (i) : -(i) )

// 返回 i 的绝对值的内联函数
inline
int safe(int i)
{
     return i >= 0 ? i : -i;
}

int f();

void userCode(int x)
{
     int ans;

     ans = unsafe(x++);   // 错误!x 被增加两次
     ans = unsafe(f());   
// 危险!f()被调用两次

     ans = safe(x++);     
// 正确! x 被增加一次
     ans = safe(f());     
// 正确! f() 被调用一次
}

和宏不同的,还有内联函数的参数类型被检查,并且被正确地进行必要的转换。

宏是有害的;非万不得已不要用。

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[9.4] 如何告诉编译器使非成员函数成为内联函数?

声明内联函数看上去和普通函数非常相似:

void f(int i, char c);

当你定义一个内联函数时,在函数定义前加上 inline 关键字,并且将定义放入头文件:

inline
void f(int i, char c)
{
   
// …
}

注意:将函数的定义({}之间的部分)放在头文件中是强制的,除非该函数仅仅被单个 .cpp 文件使用。尤其是,如果你将内联函数的定义放在 .cpp 文件中并且在其他 .cpp文件中调用它,连接器将给出 “unresolved external” 错误。

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[9.5] 如何告诉编译器使一个成员函数成为内联函数?

声明内联成员函数看上去和普通函数非常类似:

class Fred {
public:
     void f(int i, char c);
};

但是当你定义内联成员函数时,在成员函数定义前加上 inline 关键字,并且将定义放入头文件中:

inline
void Fred::f(int i, char c)
{
   
// …
}

通常将函数的定义({}之间的部分)放在头文件中是强制的。如果你将内联函数的定义放在 .cpp 文件中并且在其他 .cpp 文件中调用它,连接器将给出“unresolved external”错误。

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[9.6] 有其它方法告诉编译器使成员函数成为内联吗?

有:在类体内定义成员函数:

class Fred {
public:
     void f(int i, char c)
       {
       
// …
       }
};

尽管这对于写类的人来说很容易,但由于它将类是“什么”(what)和类“如何”(how)工作混在一起,给阅读的人带来了困难。我们通常更愿意在类体外使用 inline 关键字定义成员函数来避免这种混合。这种感觉所基于的认识是:在一个面向重用的世界中,使用你的类的人有很多,而建造它的人只有一个(你自己);因此你做任何事都应该照顾多数而不是少数。

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[9.7] 内联函数保证执行性能更好吗? UPDATED!

[Recently explained “code bloat” and also added lots of if’s, and’s and but’s (on 4/01). Click here to go to the next FAQ in the “chain” of recent changes.]

不。

小心过度使用内联函数可能导致代码膨胀。在页面调度环境中,它可能会给执行性能带来负面影响。

代码膨胀术语只表示代码的尺寸会增大(膨胀)。在有关内联函数的上下文中,更关心的是内联函数会增加执行代码的尺寸,并导致操作系统不稳定。这意味着操作系统要花费大部分的时间从磁盘取出代码。

当然,内联函数也可能减小执行代码的尺寸。看上去反了,其实是真的。特别是,调用函数的代码总量有时会大于展开的内联函数的代码总量。这样的情况会发生于非常小的函数,当优化器能删除很多冗余代码时——也就是当优化器能使长的函数变短时,也可能会发生于长的函数。

因此结论就是:没有简单的定论。你必须因地制宜。不要使得答案象这样的单纯化,“不要用内联函数”或“总是使用内联函数”或“当且仅当函数代码少于 N 行时用内联函数”。这种一刀切的方法可能用起来非常简单,但是它们产生的并不是最佳结果。

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另一个简单的解释:

内联函数

内联函数的代码编译后会直接放在调用点的函数体内, 从而使得代码增大, 但是效率提高了(减少了跳转, 参数传递以及保存调用函数寄存器状态的过程).

对外联函数的调用会在调用点生成一个调用指令(在X86中是call), 函数本身不会被放在调用者的函数体内, 所以代码减小, 但效率较低.

所以一般只有当函数体较小的情况下才声明为内联函数

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