1.inline函數(shù)簡介

inline函數(shù)是由inline關(guān)鍵字來定義，引入inline函數(shù)的主要原因是用它替代C中復(fù)雜易錯(cuò)不易維護(hù)的宏函數(shù)。

2.編譯器對(duì)inline函數(shù)的處理辦法

inline對(duì)于編譯器而言，在編譯階段完成對(duì)inline函數(shù)的處理。將調(diào)用動(dòng)作替換為函數(shù)的本體。但是它只是一種建議，編譯器可以去做，也可以不去做。從邏輯上來說，編譯器對(duì)inline函數(shù)的處理步驟一般如下：?
（1）將inline函數(shù)體復(fù)制到inline函數(shù)調(diào)用點(diǎn)處；?
（2）為所用inline函數(shù)中的局部變量分配內(nèi)存空間；?
（3）將inline函數(shù)的的輸入?yún)?shù)和返回值映射到調(diào)用方法的局部變量空間中；?
（4）如果inline函數(shù)有多個(gè)返回點(diǎn)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閕nline函數(shù)代碼塊末尾的分支（使用GOTO）。

比如如下代碼：

//求0-9的平方
inline?int?inlineFunc(int?num)
{??
??if(num>9||num<0)
??????return?-1;??
??return?num*num;??
}??

int?main(int?argc,char*?argv[])
{
????int?a=8;
????int?res=inlineFunc(a);
????cout<<"res:"<<res<<endl;
}

inline之后的main函數(shù)代碼類似于如下形式：

int?main(int?argc,char*?argv[])
{
????int?a=8;
????{??
????????int?_temp_b=8;??
????????int?_temp;??
????????if?(_temp_q?>9||_temp_q<0)?_temp?=?-1;??
????????else?_temp?=_temp*_temp;??
????????b?=?_temp;??
????}
}

經(jīng)過以上處理，可消除所有與調(diào)用相關(guān)的痕跡以及性能的損失。inline通過消除調(diào)用開銷來提升性能。

3.inline函數(shù)使用的一般方法

函數(shù)定義時(shí)，在返回類型前加上關(guān)鍵字inline即把函數(shù)指定為內(nèi)聯(lián)，函數(shù)申明時(shí)可加也可不加。但是建議函數(shù)申明的時(shí)候，也加上inline，這樣能夠達(dá)到”代碼即注釋”的作用。

使用格式如下：

inline?int?functionName(int?first,?int?secend,...)?{/****/};

inline如果只修飾函數(shù)的申明的部分，如下風(fēng)格的函數(shù)foo不能成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)：

inline?void?foo(int?x,?int?y);?//inline僅與函數(shù)聲明放在一起

void?foo(int?x,?int?y){}

而如下風(fēng)格的函數(shù)foo 則成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)：

void?foo(int?x,?int?y);

inline?void?foo(int?x,?int?y){}?//inline與函數(shù)定義體放在一起

4.inline函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

從上面可以知道，inline函數(shù)相對(duì)宏函數(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：?
（1）內(nèi)聯(lián)函數(shù)同宏函數(shù)一樣將在被調(diào)用處進(jìn)行代碼展開，省去了參數(shù)壓棧、棧幀開辟與回收，結(jié)果返回等，從而提高程序運(yùn)行速度。

（2）內(nèi)聯(lián)函數(shù)相比宏函數(shù)來說，在代碼展開時(shí)，會(huì)做安全檢查或自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換（同普通函數(shù)），而宏定義則不會(huì)。?

例如宏函數(shù)和內(nèi)聯(lián)函數(shù)：

//宏函數(shù)
#define?MAX(a，b)?((a)>(b)?(a):(b))

//內(nèi)聯(lián)函數(shù)
inline?int?MAX(int?a，int?b)
{
????return?a>b?a:b；
}

使用宏函數(shù)時(shí)，其書寫語法也較為苛刻，如果對(duì)宏函數(shù)出現(xiàn)如下錯(cuò)誤的調(diào)用，MAX(a,"Hello")；?宏函數(shù)會(huì)錯(cuò)誤地比較int和字符串，沒有參數(shù)類型檢查。但是使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)類型不匹配的編譯錯(cuò)誤。

（3）在類中聲明同時(shí)定義的成員函數(shù)，自動(dòng)轉(zhuǎn)化為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，因此內(nèi)聯(lián)函數(shù)可以訪問類的成員變量，宏定義則不能。

（4）內(nèi)聯(lián)函數(shù)在運(yùn)行時(shí)可調(diào)試，而宏定義不可以。

萬事萬物都有陰陽兩面，內(nèi)聯(lián)函數(shù)也不外乎如此，使用inline函數(shù)，也要三思慎重。inline函數(shù)的缺點(diǎn)總結(jié)如下：?
（1）代碼膨脹。?
inline函數(shù)帶來的運(yùn)行效率是典型的以空間換時(shí)間的做法。內(nèi)聯(lián)是以代碼膨脹（復(fù)制）為代價(jià)，消除函數(shù)調(diào)用帶來的開銷。如果執(zhí)行函數(shù)體內(nèi)代碼的時(shí)間，相比于函數(shù)調(diào)用的開銷較大，那么效率的收獲會(huì)很少。另一方面，每一處內(nèi)聯(lián)函數(shù)的調(diào)用都要復(fù)制代碼，將使程序的總代碼量增大，消耗更多的內(nèi)存空間。

（2）inline函數(shù)無法隨著函數(shù)庫升級(jí)而升級(jí)。?
如果f是函數(shù)庫中的一個(gè)inline函數(shù)，使用它的用戶會(huì)將f函數(shù)實(shí)體編譯到他們的程序中。一旦函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)者改變f，所有用到f的程序都必須重新編譯。如果f是non-inline的，用戶程序只需重新連接即可。如果函數(shù)庫采用的是動(dòng)態(tài)連接，那這一升級(jí)的f函數(shù)可以不知不覺的被程序使用。

（3）是否內(nèi)聯(lián)，程序員不可控。?
inline函數(shù)只是對(duì)編譯器的建議，是否對(duì)函數(shù)內(nèi)聯(lián)，決定權(quán)在于編譯器。編譯器認(rèn)為調(diào)用某函數(shù)的開銷相對(duì)該函數(shù)本身的開銷而言微不足道或者不足以為之承擔(dān)代碼膨脹的后果則沒必要內(nèi)聯(lián)該函數(shù)，若函數(shù)出現(xiàn)遞歸，有些編譯器則不支持將其內(nèi)聯(lián)。

5.inline函數(shù)的注意事項(xiàng)

了解了內(nèi)聯(lián)函數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，在使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)時(shí)，我們也要注意以下幾個(gè)事項(xiàng)和建議。

（1）使用函數(shù)指針調(diào)用內(nèi)聯(lián)函數(shù)將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)聯(lián)失敗。?
也就是說，如果使用函數(shù)指針來調(diào)用內(nèi)聯(lián)函數(shù)，那么就需要獲取inline函數(shù)的地址。如果要取得一個(gè)inline函數(shù)的地址，編譯器就必須為此函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)函數(shù)實(shí)體，那么就內(nèi)聯(lián)失敗。

（2）如果函數(shù)體代碼過長或者有多重循環(huán)語句，if或witch分支語句或遞歸時(shí)，不宜用內(nèi)聯(lián)。

（3）類的constructors、destructors和虛函數(shù)往往不是inline函數(shù)的最佳選擇。?
類的構(gòu)造函數(shù)（constructors）可能需要調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)，析構(gòu)函數(shù)同樣可能需要調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)，二者背后隱藏著大量的代碼，不適合作為inline函數(shù)。虛函數(shù)（destructors）往往是運(yùn)行時(shí)確定的，而inline是在編譯時(shí)進(jìn)行的，所以內(nèi)聯(lián)虛函數(shù)往往無效。如果直接用類的對(duì)象來使用虛函數(shù)，那么對(duì)有的編譯器而言，也可起到優(yōu)化作用。

（4）至于內(nèi)聯(lián)函數(shù)是定義在頭文件還是源文件的建議。?

內(nèi)聯(lián)展開是在編譯時(shí)進(jìn)行的，只有鏈接的時(shí)候源文件之間才有關(guān)系。所以內(nèi)聯(lián)要想跨源文件必須把實(shí)現(xiàn)寫在頭文件里。如果一個(gè)inline函數(shù)會(huì)在多個(gè)源文件中被用到，那么必須把它定義在頭文件中。參考如下示例：

//?base.h
class?Base{protected:void?fun();};

//?base.cpp
#include?base.h
inline?void?Base::fun(){}

//derived.h
#include?base.h
class?Derived:?public?Base{public:void?g();};

//?derived.cpp
void?Derived::g(){fun();}?//VC2010:?error?LNK2019:?unresolved?external?symbol

上面這種錯(cuò)誤，就是因?yàn)閮?nèi)聯(lián)函數(shù)fun()定義在編譯單元base.cpp中，那么其他編譯單元中調(diào)用fun()的地方將無法解析該符號(hào)，因?yàn)樵诰幾g單元base.cpp生成目標(biāo)文件base.obj后，內(nèi)聯(lián)函數(shù)fun()已經(jīng)被替換掉，編譯器不會(huì)為fun()生成函數(shù)實(shí)體，鏈接器自然無法解析。所以如果一個(gè)inline函數(shù)會(huì)在多個(gè)源文件中被用到，那么必須把它定義在頭文件中。

這里有個(gè)問題，當(dāng)在頭文件中定義內(nèi)聯(lián)函數(shù)，那么被多個(gè)源文件包含時(shí)，如果編譯器因?yàn)閕nline函數(shù)不適合被內(nèi)聯(lián)時(shí)，拒絕將inline函數(shù)進(jìn)行內(nèi)聯(lián)處理，那么多個(gè)源文件在編譯生成目標(biāo)文件后都將各自保留一份inline函數(shù)的實(shí)體，這個(gè)時(shí)候程序在連接階段就會(huì)出現(xiàn)重定義錯(cuò)誤。解決辦法是在需要inline的函數(shù)使用static。

//test.h
static?inline?int?max(int?a,int?b)
{
????return?a>b?a:b;
}

事實(shí)上，inline函數(shù)具有內(nèi)部鏈接特性，所以如果實(shí)際上沒有被內(nèi)聯(lián)處理，也不會(huì)報(bào)重定義錯(cuò)誤，因此使用static修飾inline函數(shù)有點(diǎn)多余。

（5）能否強(qiáng)制編譯器進(jìn)行內(nèi)聯(lián)操作？?
也有人可能會(huì)覺得能否強(qiáng)制編譯器進(jìn)行函數(shù)內(nèi)聯(lián)，而不是建議編譯器進(jìn)行內(nèi)聯(lián)呢？很不幸的是目前還不能強(qiáng)制編譯器進(jìn)行函數(shù)內(nèi)聯(lián)，如果使用的是MSVC++, 注意__forceinline如同inine一樣，也是一個(gè)用詞不當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)，它只是對(duì)編譯器的建議比inline更加強(qiáng)烈，并不能強(qiáng)制編譯器進(jìn)行inline操作。

（6）如何查看函數(shù)是否被內(nèi)聯(lián)處理了？?
實(shí)際在VS2012中預(yù)處理了一下，查看預(yù)處理后的.i文件，inline函數(shù)的內(nèi)聯(lián)處理不是在預(yù)處理階段，而是在編譯階段。編譯源文件為匯編代碼或者反匯編查看有沒有相關(guān)的函數(shù)調(diào)用call，如果沒有就是被inline了。具體可以參考here。

（7）C++類成員函數(shù)定義在類體內(nèi)為什么不會(huì)報(bào)重定義錯(cuò)誤？?
類成員函數(shù)定義在類體內(nèi)，并隨著類的定義放在頭文件中，當(dāng)被不同的源文件包含，那么每個(gè)源文件都應(yīng)該包含了類成員函數(shù)的實(shí)體，為何在鏈接的過程中不會(huì)報(bào)函數(shù)的重定義錯(cuò)誤呢？

原因是：在類里定義時(shí)，這種函數(shù)會(huì)被編譯器編譯成內(nèi)聯(lián)函數(shù)，在類外定義的函數(shù)則不會(huì)。內(nèi)聯(lián)函數(shù)的好處是加快程序的運(yùn)行速度，缺點(diǎn)是會(huì)增加程序的尺寸。比較推薦的寫法是把一個(gè)經(jīng)常要用的而且實(shí)現(xiàn)起來比較簡單的小型函數(shù)放到類里去定義，大型函數(shù)最好還是放到類外定義。

可能存在的疑問：類體內(nèi)的成員函數(shù)被編譯器內(nèi)聯(lián)處理，但并不是所有的成員函數(shù)都會(huì)被內(nèi)聯(lián)處理，比如包含遞歸的成員函數(shù)。但是實(shí)際測(cè)試，將包含遞歸的成員函數(shù)定義在類體內(nèi)，被不同的源文件包含并不會(huì)報(bào)重定義錯(cuò)誤，為什么會(huì)這樣呢？請(qǐng)保持著疑問與好奇心，請(qǐng)繼續(xù)往下看。

如果編譯器發(fā)現(xiàn)被定義在類體內(nèi)的成員函數(shù)無法被內(nèi)聯(lián)處理，也不會(huì)出現(xiàn)重定義的錯(cuò)誤，因?yàn)镃++中存在5種作用域的級(jí)別，分別是文件域（全局作用域）、命名空間域、類域、函數(shù)作用域和代碼塊作用域（局部域）。當(dāng)類成員函數(shù)被定義在類體內(nèi)，那么其作用域也就被限制在類域，當(dāng)然定義在類體外的函數(shù)作用域也是屬于類域的。顯然并不是因?yàn)樽饔糜虻脑蚨粫?huì)產(chǎn)生重定義的錯(cuò)誤。

那么原因究竟是什么呢？其實(shí)很簡單，類體內(nèi)定義的成員函數(shù)就是inline函數(shù)，即使不被內(nèi)聯(lián)處理，inline函數(shù)的特性就是不具有外部連接性。所以并不會(huì)與其他源文件中的同名類域中的成員函數(shù)發(fā)生沖突，也就不會(huì)造成重定義的錯(cuò)誤。

6.小結(jié)

可以將內(nèi)聯(lián)理解為C++中對(duì)于函數(shù)專有的宏，對(duì)于C的函數(shù)宏的一種改進(jìn)。對(duì)于常量宏，C++提供const替代；而對(duì)于函數(shù)宏，C++提供的方案則是inline。C++ 通過內(nèi)聯(lián)機(jī)制，既具備宏代碼的效率，又增加了安全性，還可以自由操作類的數(shù)據(jù)成員，算是一個(gè)比較完美的解決方案。

上面的結(jié)論和觀點(diǎn)，缺乏實(shí)踐和權(quán)威資料支撐，難免存在錯(cuò)誤，僅供參考學(xué)習(xí)，如果大家發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和需要改進(jìn)的地方，請(qǐng)大家留言給予寶貴的建議。

參考文獻(xiàn)

[1]inline函數(shù)?
[2]小問題大思考之C++里的inline函數(shù)?
[3]把inline函數(shù)的定義放在頭文件中?
[4]Inline Functions (C++)?
[5]Can I selectively (force) inline a function??
[6]C語言inline詳細(xì)講解?
[7]C++中的作用域與生命周期?

[8]內(nèi)聯(lián)函數(shù)到底有沒有被嵌入到調(diào)用處呢？