第6课

第6课 - 内联函数分析

0. 回顾C中的带参函数、宏和内联函数

	带参函数	宏	内联函数
优点	编译器会做参数的静态类型检查	原地展开，没有调用开销； 并且在预处理阶段完成，不占用编译时间。	函数代码被装入符号表中，在使用时进行替换； 没有调用开销，效率高，会进行参数类型检查
缺点	需要传参、栈变量的开辟和销毁 压栈、跳转、返回开销；	不进行类型检查，多次宏替换会导致代码体积变大； 一些参数的副作用会导致得出错误的结果。	函数代码较长，使用内联将消耗过多内存； 函数体内有循环，执行代码的时间比较长。

1. 常量与宏回顾

　　（1）C++中的const常量可以替代宏常数定义，如：  const int A = 3; ←→ #define A  3

　　（2）C++中是否有解决方案，可以用来替代宏代码片段呢？

2. 内联函数

2.1 内联函数的定义

　　（1）C++编译器可以将一个函数进行内联编译，被C++编译器内联编译的函数叫内联函数。

　　（2）C++中使用 inline 关键字声明内联函数。如：

　　　　

　　（3）内联函数声明时inline关键字必须和函数定义结合在一起，否则编译器会直接忽略内联请求。

　　（4）C++中推荐使用内联函数替代宏代码片段。

2.2 内联函数的特点

　　（1）内联函数具有普通函数的特征（参数检查、返回类型等）

　　（2）C++编译器直接将内联函数的函数体插入到函数调用的地方

　　（3）内联函数没有普通函数调用时的额外开销（压栈、跳转、返回）

　　（4）C++编译器也不一定满足函数的内联请求，函数的内联请求可能被编译器拒绝。

　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　图1：编译器拒绝inline请求（仍为函数调用）　　　　　　　　　　　　图2：函数体被嵌入到调用的地方

#include <stdio.h>

#define FUNC(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

//MSVC下：要让inline、__forceinline生效必须得做如下的设置：
//①在"项目" → "配置属性" → "C/C++" → "优化" → "内联函数扩展"中选择"只适用于__inline(/ Ob1)"
//②在"配置属性" → "C/C++" → "常规" → "调试信息格式"中选择"程序数据库（ / Zi）"

inline int func(int a, int b)
{
    return a < b ? a : b;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int a = 1;
    int b = 3;

    /*
    int c = FUNC(++a, b);  //相当于(++a)<(b)?:(++a):(b);

    printf("a = %d
", a); //3
    printf("b = %d
", b); //3
    printf("c = %d
", c); //3
    */

    int c = func(++a, b);

    printf("a = %d
", a);     //2
    printf("b = %d
", b);        //3
    printf("c = %d
", c);     //2
    
    return 0;
}

2.3 内联函数与宏的不同

	宏	内联函数
处理方式	由预处理器处理，只是进行简单的文本替换	由编译器处理，会将函数体嵌入到调用的地方。 但内联请求也可能被编译器拒绝
类型检查	不做类型检查	具有普通函数的特征，会进行参数和返回类型的检查
副作用	有	无

2.4 现代C++编译器对内联函数的优化

　　（1）现代C++编译器能够进行编译优化，一些函数即没有inline声明，也可能被内联编译。

　　（2）一些现代的C++编译器提供了扩展语法，可用下列列关键字替代inline来对函数进行强制内联，如：

　　　　　　① g++：__atrribute__((always_inline))属性

　　　　　　② MSVC：__forceinline

#include <stdio.h>

//MSVC2013下：在函数声明或定义前加inline或__forceinline都可以
//同时，这两个的表现行为几乎一模一样。只不过__forceinline是MS
//下的，而inline是标准C++的，可移植性更高。

//__forceinline
//__attribute__((always_inline))
//inline
int add_inline(int n); 

int main()
{
    int r = add_inline(10);

    printf("r = %d
", r);

    return 0;
}

__forceinline int add_inline(int n)
{
    int ret = 0;

    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        ret += i;
    }

    return ret;
}

3. C++中inline内联编译的限制

　　最新的C++编译器只要函数体不是太夸张都可以强制内联成功。列出下面这些是因为工作中使用的C++编译器版本可能较低，无法满足。

　　（1）不能存在任何形式的循环语句

　　（2）不能存在过多的条件判断语句

　　（3）函数体不能过于庞大

　　（4）不能对函数进行取址操作

　　（5）函数内联声明必须在调用语句之前

4. 小结

　　（1）C++中可以通过 inline 声明内联函数

　　（2）编译器直接将内联函数体扩展到函数调用的地方

　　（3）inline只是一种请求，编译器不一定允许这种请求

　　（4）内联函数省去了函数调用时压栈、跳转和返回的开销