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1. 内联函数 在C++中我们通常定义以下函数来求两个整数的最大值: int max(int a, int b) { return a > b ? a : b; } 为这么一个小的操作定义一个函数的好处有: ① 阅读和理解函数 max 的调用,要比读一条等价的条件表达式并解释它的含义要容易得多 ② 如果需要做任何修改,修改函数要比找出并修改每一处等价表达式容易得多 ③ 使用函数可以确保统一的行为,每个测试都保证以相同的方式实现 ④ 函数可以重用,不必为其他应用程序重写代码 虽然有这么多好处,但是写成函数有一个潜在的缺点:调用函数比求解等价表达式要慢得多。在大多数的机器上,调用函数都要做很多工作:调用前要先保存寄存器,并在返回时恢复,复制实参,程序还必须转向一个新位置执行 C++中支持内联函数,其目的是为了提高函数的执行效率,用关键字 inline 放在函数定义(注意是定义而非声明,下文继续讲到)的前面即可将函数指定为内联函数,内联函数通常就是将它在程序中的每个调用点上“内联地”展开,假设我们将 max 定义为内联函数: inline int max(int a, int b) { return a > b ? a : b; } 则调用: cout<<max(a, b)<<endl;
从而消除了把 max写成函数的额外执行开销 2. 内联函数和宏 无论是《Effective C++》中的 “Prefer consts,enums,and inlines to #defines” 条款,还是《高质量程序设计指南——C++/C语言》中的“用函数内联取代宏”,宏在C++中基本是被废了,在书《高质量程序设计指南——C++/C语言》中这样解释到: 3. 将内联函数放入头文件 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,C++ inline函数是一种“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。 定义在类声明之中的成员函数将自动地成为内联函数,例如: class A { public: void Foo(int x, int y) { ... } // 自动地成为内联函数 } 但是编译器是否将它真正内联则要看 Foo函数如何定义 内联函数应该在头文件中定义,这一点不同于其他函数。编译器在调用点内联展开函数的代码时,必须能够找到 inline 函数的定义才能将调用函数替换为函数代码,而对于在头文件中仅有函数声明是不够的。 当然内联函数定义也可以放在源文件中,但此时只有定义的那个源文件可以用它,而且必须为每个源文件拷贝一份定义(即每个源文件里的定义必须是完全相同的),当然即使是放在头文件中,也是对每个定义做一份拷贝,只不过是编译器替你完成这种拷贝罢了。但相比于放在源文件中,放在头文件中既能够确保调用函数是定义是相同的,又能够保证在调用点能够找到函数定义从而完成内联(替换)。 但是你会很奇怪,重复定义那么多次,不会产生链接错误? 我们来看一个例子: A.h : class A { public: A(int a, int b) : a(a),b(b){} int max(); private: A.cpp : #include "A.h" inline int A::max() Main.cpp : #include <iostream> #include "A.h" using namespace std; inline int A::max() int main() 一切正常编译,输出结果:5
error LNK2001: unresolved external symbol "public: int __thiscall A::max(void)" (?max@A@@QAEHXZ)main.obj 在头文件中加入或修改 inline 函数时,使用了该头文件的所有源文件都必须重新编译。 4. 慎用内联 内联虽有它的好处,但是也要慎用,以下摘自《高质量程序设计指南——C++/C语言》: 而在Google C++编码规范中则规定得更加明确和详细: 内联函数: Tip: 只有当函数只有 10 行甚至更少时才将其定义为内联函数. 定义: 当函数被声明为内联函数之后, 编译器会将其内联展开, 而不是按通常的函数调用机制进行调用. -inl.h文件:
如果内联函数的定义比较短小, 逻辑比较简单, 实现代码放在 .h 文件里没有任何问题. 比如, 存取函数的实现理所当然都应该放在类定义内. 出于编写者和调用者的方便, 较复杂的内联函数也可以放到 .h 文件中, 如果你觉得这样会使头文件显得笨重, 也可以把它萃取到单独的 -inl.h 中. 这样把实现和类定义分离开来, 当需要时包含对应的 -inl.h 即可。 |
2023-10-27
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