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C++中的inline關鍵字

1. 引入inline關鍵字的原因

在c/c++中,為了解決一些頻繁呼叫的小函式大量消耗棧空間(棧記憶體)的問題,特別的引入了inline修飾符,表示為行內函數。

棧空間就是指放置程式的區域性資料(也就是函式內資料)的記憶體空間。

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式出錯的問題,如,函式的死迴圈遞迴呼叫的最終結果就是導致棧記憶體空間枯竭。

下面我們來看一個例子:

#include <stdio.h>
//函式定義為inline即:行內函數
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行內函數的用法,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迴圈的內部任何呼叫dbtest(i)的地方都換成了(i%2>0)?”奇”:”偶”,這樣就避免了頻繁呼叫函式對棧記憶體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只適合涵數體內程式碼簡單的涵數使用,不能包含複雜的結構控制語句例如while、switch,並且不能行內函數本身不能是直接遞迴函式(即,自己內部還呼叫自己的函式)。

3. inline僅是一個對編譯器的建議

inline函式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,它如果認為函式不復雜,能在呼叫點展開,就會真正內聯,並不是說聲明瞭內聯就會內聯,宣告內聯只是一個建議而已。

4. 建議:inline函式的定義放在標頭檔案中

其次,因為行內函數要在呼叫點展開,所以編譯器必須隨處可見行內函數的定義,要不然就成了非行內函數的呼叫了。所以,這要求每個呼叫了行內函數的檔案都出現了該行內函數的定義

因此,將行內函數的定義放在標頭檔案裡實現是合適的,省卻你為每個檔案實現一次的麻煩。

宣告跟定義要一致:如果在每個檔案裡都實現一次該行內函數的話,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為。如果不是每個檔案裡的定義都一樣,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,最好將行內函數定義放在標頭檔案中。

5. 類中的成員函式與inline

定義在類中的成員函式預設都是內聯的,如果在類定義時就在類內給出函式定義,那當然最好。如果在類中未給出成員函式定義,而又想內聯該函式的話,那在類外要加上inline,否則就認為不是內聯的。

例如,

class A
{
    public:void Foo(int x, int y) {  } // 自動地成為行內函數
}

將成員函式的定義體放在類宣告之中雖然能帶來書寫上的方便,但不是一種良好的程式設計風格,上例應該改成:

// 標頭檔案
class A
{
    public:
    void Foo(int x, int y);
}
// 定義檔案
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 必須與函式定義體放在一起才能使函式成為內聯,僅將inline 放在函式宣告前面不起任何作用

如下風格的函式Foo 不能成為行內函數:

inline void Foo(int x, int y); // inline 僅與函式宣告放在一起

void Foo(int x, int y){}

而如下風格的函式Foo 則成為行內函數:

void Foo(int x, int y);

inline void Foo(int x, int y) {} // inline 與函式定義體放在一起

所以說,inline 是一種“用於實現的關鍵字”,而不是一種“用於宣告的關鍵字”。一般地,使用者可以閱讀函式的宣告,但是看不到函式的定義。儘管在大多數教科書中行內函數的宣告、定義體前面都加了inline 關鍵字,但我認為inline不應該出現在函式的宣告中。這個細節雖然不會影響函式的功能,但是體現了高質量C++/C 程式設計風格的一個基本原則:宣告與定義不可混為一談,使用者沒有必要、也不應該知道函式是否需要內聯。

7. 慎用inline

內聯能提高函式的執行效率,為什麼不把所有的函式都定義成行內函數?如果所有的函式都是行內函數,還用得著“內聯”這個關鍵字嗎?
內聯是以程式碼膨脹(複製)為代價,僅僅省去了函式呼叫的開銷,從而提高函式的執行效率。
如果執行函式體內程式碼的時間,相比於函式呼叫的開銷較大,那麼效率的收穫會很少。另一方面,每一處行內函數的呼叫都要複製程式碼,將使程式的總程式碼量增大,消耗更多的記憶體空間。

以下情況不宜使用內聯:
(1)如果函式體內的程式碼比較長,使用內聯將導致記憶體消耗代價較高
(2)如果函式體內出現迴圈,那麼執行函式體內程式碼的時間要比函式呼叫的開銷大。類的建構函式和解構函式容易讓人誤解成使用內聯更有效。要當心建構函式和解構函式可能會隱藏一些行為,如“偷偷地”執行了基類或成員物件的建構函式和解構函式。所以不要隨便地將建構函式和解構函式的定義體放在類宣告中。一個好的編譯器將會根據函式的定義體,自動地取消不值得的內聯(這進一步說明了 inline 不應該出現在函式的宣告中)。

8.總結

行內函數並不是一個增強效能的靈丹妙藥。只有當函式非常短小的時候它才能得到我們想要的效果;但是,如果函式並不是很短而且在很多地方都被呼叫的話,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式可以內聯哪些不能,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。如果行內函數不能增強效能,就避免使用它!

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