【C++入门】内联函数-Toy模板网

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收录于专栏【C++之路】

什么是内联函数

内联函数概念：

内联函数就是以inline修饰的函数叫做内联函数，编译时会在调用内联函数的地方展开，没有函数调用占用建立栈帧的开销。

我们知道函数的调用是有消耗的，比如函数调用会建立栈帧（在栈上开辟一块空间）。
比如：

int Add(int x, int y)
{
	return (x + y) * 10;
}
int main()
{
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		cout << Add(i, i + 1) << endl;
	}
	return 0;
}

上述代码中我们建立了10000个Add函数的栈帧，在C语言中可以使用宏函数来解决建立如此多的函数栈帧。C语言的解决方式是这样的，即：#define Add(x,y) ((x)+(y))，一定要注意x和y是一个表达式，所以C语言宏函数的这种解决方式其实是容易出错的，只要稍微不注意的话就会很容易出错而且宏函数不可以进行调试；同时宏函数的一个优势就是不需要建立栈帧，提高了调用效率。而对于C++而言，为了解决C语言的这种缺陷，C++提供的解决方案就是内联函数。

内联函数的关键字是Inline。

内敛函数使用起来也是非常的方便。就不如说上面代码中我们调用了10000次Add函数，下面请看内联函数使用样例：

inline int Add(int x, int y)
{
	return (x + y);
}

内联函数相对于C语言宏函数的解决方法而言就显得非常有优势：

1.不需要建立函数栈帧。
2.可读性强，且不易出错。
3.可以调试
4.使用起来简单。。

然而并不是所有的函数都是可以使用内联函数的。内联函数只适用于短小的且频繁调用的函数。太长的函数如果使用内联函数的话会导致代码屏障。

所以我们并不是要把所有的函数都弄成为内联函数，内联函数使用于短小而频繁调用的函数。如果函数比较长、又或者是递归函数不要让其称为内联函数。

内联函数特性

1.内联函数会在编译阶段用函数体替换函数调用。缺陷是可能会使可执行程序（或者目标文件）变大，优势就是减少了函数调用的开销，提高了运行效率。
2.内联函数只是编译器给我们的一个建议，最终函数是否会成为内联函数取决于编译器自己。如果我们把递归函数、比较长的函数加上inline的话就会被编译器否决掉。我们可以这样理解，内联函数只是我们向编译器发出的一个请求，然而编译器可以接收这个请求，当然也完全可以忽略这个请求。
3.内联函数不建议声明和定义分离，如果分离的话就会导致链接错误，因为inline被展开，此时就没有函数地址了，链接就会找不到。

现在有一个func函数，这个func函数经过编译后有50行指令，倘若在某个项目中总共需要调用10000次func函数。来看看是否使用内联函数的区别。

情况1：如果func函数不是内联函数：总共需要指令10000+50行，每次调用都是直接跳转到func函数去执行func函数（即call func（0x11223344）），每次跳转过去执行的是一样的，所以是+而不是*。
情况2：那如果func函数是内联函数，要把这50行指令展开放到调用的地方，即需要10000*50行指令。这样就会导致可执行程序变大。

我们以下面这段代码为例，看看如果加上inline会如果，如果不加inline又会如何。
在这之前我们首先要知道：

在Debug模式下，需要我们对编译器进行设置，否则内联函数不会展开，因为默认在Debug环境下不会对代码进行优化。

#include<iostream>
using namespace std;

inline int Add(int x, int y)
{
	return (x + y);
}
int main()
{
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		cout << Add(i, i + 1) << endl;
	}
	return 0;
}

我们来看一下编译器是否会支持我们把Add函数弄为Inline。

【C++入门】内联函数

我们发现这里出现call Add(07FF76C5E13CAh)，发现Add函数并没有称为Inline。这就是因为默认Debug模式下内联不会起作用。所以我们要调一调属性：

【C++入门】内联函数

然后依然是在Debug模式下进行调试，请看：

【C++入门】内联函数
现在我们发现并没有出现call Add，因为Add函数展开了，此时Add函数就是内联函数。
现在我们改一下Add函数的内容（但依然加上Inline）使得编译器认为Add函数不应该是内联函数，我们把Add函数改成这样，请看：

inline int Add(int x, int y)
{
	cout << "abca" << endl;
	cout << "abca" << endl;
	cout << "abca" << endl;
	cout << "abca" << endl;
	cout << "abca" << endl;
	cout << "abca" << endl;
	cout << "abca" << endl;
	return (x + y);
}

我们判断一下此时虽然我们在Add函数前加上了Inline，但此时编译器真的认为Add函数是内联函数吗？请看：

【C++入门】内联函数
我们可以看到这里并没有把Add函数进行展开，故Add函数此时并不是内联函数，编译器认为Add函数太长了，不应该把Add函数弄成内联函数，否则就可能出现代码屏障，进而导致最后的可执行程序（或者目标文件）变得非常大。就算我们在Add函数前加上Inline也依旧不会起作用。

我们来看看内联函数的特性3：内联函数不建议声明和定义分离，如果分离的话就会导致链接错误，因为inline被展开，此时就没有函数地址了，链接就会找不到。

这里举个例子：

//main().cpp
#include"func.h"
int main()
{
	func(100);
	return 0;
}


//func.cpp
#include"func.h"
void func(int i)
{
	cout << i << endl;
}

//func.h
#include<iostream>
using namespace std;
inline void func(int i);

运行结果如下：
【C++入门】内联函数
这里编译没有出现问题，而是链接出现了问题，即链接不上，为什么这里明明有func函数的定义却找不到呢？
程序在进行编译之后会进行链接，因为只有声明没有定义，但是声明的时候发现func函数是一个内联函数，那好，既然是内联函数那就展开就好了，但是问题又来了，我们想展开这个内联函数却又发现展不开，因为这里只有声明，于是编译器只能call函数func的地址，于是拿着修饰函数名?func@@YAXH@Z去符号里找发现又找不到，因为内联函数不会生成符号表，更不会有地址（内联函数认为在需要调用自己的时候直接展开了）。故在链接阶段就找不到函数func的定义。所以内联函数声明和定义不能进行分离，还是那句话：内联函数不会生成符号表，更不会有地址（因为内联函数认为自己会直接进行展开，根本不需要被call）。所以链接的时候找不到函数func的定义，就直接报错了。

我们应该这样写内联函数（不要声明和定义分离）：

//main().cpp
#include"func.h"
int main()
{
	func(100);
	test();
	return 0;
}


//func.cpp
#include"func.h"
void test()
{
	func(100);
}

//func.h
#include<iostream>
using namespace std;

//inline void func(int i);

inline void func(int i)
{
	cout << i << endl;
}
void test();