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分类: C/C++

2017-10-19 16:25:20

在c中,为了解决一些频繁调用的小函数大量消耗栈空间或是叫栈内存的问题,特别的引入了inline修饰符,表示为内联函数。

函数的引入可以减少程序的目标代码,实现程序代码的共享。
  函数调用需要时间和空间开销,调用函数实际上将程序执行流程转移到被调函数中,被调函数的代码执行完后,再返回到调用的地方。这种调用操作要求调用前保护好现场并记忆执行的地址,返回后恢复现场,并按原来保存的地址继续执行。对于较长的函数这种开销可以忽略不计,但对于一些函数体代码很短,又被频繁调用的函数,就不能忽视这种开销。引入内联函数正是为了解决这个问题,提高程序的运行效率。
    在程序编译时,编译器将程序中出现的内联函数的调用表达式用内联函数的函数体来进行替换。由于在编译时将内联函数体中的代码替代到程序中,因此会增加目标程序代码量,进而增加空间开销,而在时间开销上不象函数调用时那么大,可见它是以目标代码的增加为代价来换取时间的节省。
◆总结:inline函数是提高运行时间效率,但却增加了空间开销。
           即inline函数目的是:为了提高函数的执行效率(速度)。

(一)inline函数(摘自C++ Primer的第三版)

 在函数声明或定义中函数返回类型前加上关键字inline即把min()指定为内联。

      inline int min(int first, int secend) {/****/};

        inline函数对编译器而言必须是可见的,以便它能够在调用点内展开该函数。与非inline函数不同的是,inline函数必须在调用该函数的每个文本文件中定义。当然,对于同一程序的不同文件,如果inline函数出现的话,其定义必须相同。对于由两个文件compute.C和draw.C构成的程序来说,程序员不能定义这样的min()函数,它在compute.C中指一件事情,而在draw.C中指另外一件事情。如果两个定义不相同,程序将会有未定义的行为.

        为保证不会发生这样的事情,建议把inline函数的定义放到头文件中。在每个调用该inline函数的文件中包含该头文件。这种方法保证对每个inline函数只有一个定义,且程序员无需复制代码,并且不可能在程序的生命期中引起无意的不匹配的事情。

(二)内联函数的编程风格(摘自高质量C++/C 编程指南)

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。


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
}
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)
{
}

慎用内联
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。
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)。

宏与内联
在C中也可以用宏代码提高执行效率,宏代码不是函数但使用起来像函数,编译器用复制宏代码的方式取代函数调用,省去了参数压栈、生成汇编语言的CALL调用、返回参数、执行return等过程,从而提高速度。
◆使用宏的缺点:(1)容易出错(预处理器在复制宏代码时常常产生意想不到的边际效应)
                  例如:#define MAX(a,b)    (a) > (b) ? (a) : (b)
                        语句result = MAX(i,j) + 2 却被扩展为result = (i)>(j)?(i):(j)+2;
                        但意却为result = ((i)>(j)?(i):(j)) + 2;
              (2)不可调试
              (3)无法操作类的私有数据成员
函数内联机制既具备宏代码的效率,又增加了安全性,且可自由操作类的数据成员。

◆使用内联函数时应注意以下几个问题:
(1) 在一个文件中定义的内联函数不能在另一个文件中使用,否则会出现“无法解析的外部符号错误……”。它们通常放在头文件中共享。
(2) 内联函数应该简洁,只有几个语句,如果语句较多,不适合于定义为内联函数。 
(3) 内联函数体中,不能有循环语句、if语句或switch语句,否则,函数定义时即使有inline关键字,编译器也会把该函数作为非内联函数处理。
(4) 内联函数要在函数被调用之前声明。
(5)内联函数的作用域仅本文件可见(static也是作用域仅本文件可见)。
(6)内联函数在编译阶段不产生符号。
(7)inline函数仅仅是对编译器的建议,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. 



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