c++：内联函数

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-04-08 08:22 249阅读 0赞

我们知道，函数封装调用有利于代码的重复利用，因为我们可以函数起一个通俗易懂的名字，因此阅读和理解函数通常比读懂等价的条件表达式容易的多。

然而函数相较于等价表达式运行速度要慢一些，因为在大多数机器上，一次函数调用意味着其实包含一系列的工作：调用前先保存寄存器，并在返回时恢复；可能需要拷贝实参；程序转向一个新的位置继续执行；

**内联函数的出现就是为了避免不必要的函数调用的开销**，将函数定义为内联函数，通常将它在每个调用点上“内联”展开。

首先我们先熟悉下函数调用的原理

#### 1. 函数调用的原理 ####

编译过程的最终产品是可执行程序（由一组机器语言指令组成）。运行程序时，操作系统将这些指令载入计算机内存中，因此每条指令都有特定的内存地址。计算机随后将逐步执行这些指令。有时（如有循环和分支语句时），将跳过一些指令，向前或向后跳到特定地址。

常规函数调用也使程序跳到另一个地址（函数的地址），并在函数结束时返回。执行到函数调用指令时，程序将在函数调用后立即存储该指令的内存地址，并将函数参数复制到堆栈（为此保留的内存块），跳到标记函数起点的内存单元，执行函数代码（也许还需将返回值放入寄存器中），然后跳回到地址被保存的指令处（这与阅读文章时停下来看脚注，并在阅读完脚注后返回到以前阅读的地方类似）。来回跳跃并记录跳跃位置意味着以前使用函数时，需要一定的开销。

#### 2. 内联函数 ####

内联函数提供了另一种选择。编译器将使用相应的函数代码替换函数调用。因此，内联函数的运行速度比常规函数稍快，但代价是需要占用更多内存。

函数使用直接在函数声明或定义前加 inline 即可

inline const string& shortString(...)
    {
        ...
    }

示例如下：

#include<iostream>
    
    inline double square(double x){return x*x;}
    
    int main()
    {
        using namespace std;
        double a,b;
        double c = 13.0;
        
        a = square(5.0);
        b = square(4.5 + 7.5);
        cout << "a=" << a << ",b=" << b << endl;
        cout << "c=" << c << endl;
        cout << "c squared=" << square(c++) << endl;
        cout << "now c=" << c << endl;
        
        return 0;
    }

程序输出结果如下：

a=25,b=144
    c=13
    c square=169
    now c=14

#### 3. 内联函数与宏定义的区别 ####

C 语言使用预处理器语句 \#define 来提供宏，与内联函数的使用比较像，下面具体说明下两者的区别。

如下例所示：

#define SQUARE(X) X*X

宏定义时通过文本替换开实现的–X 是参数的符号标记。

a = square(5.0);  // -> a=5.0*5.0;
    b = square(4.5+7.5); // -> b=4.5+7.5*4.5+7.5
    d = square(c++); // -> d=c++*c++

可以看出，对于 b，需要使用括号才能正常运算。

#define SQUARE(X) ((X)*(X))

对于 c，却仍递增了两次。

> 因此，宏定义和内联函数存在本质的区别，转换的时候应考虑是否转换后功能是否正常。

#### 4. 什么时候使用内联函数 ####

1.  如果函数执行代码的时间很短，优于处理函数调用的时间，则内联函数就能体现作用。因此，一个较为合理的经验准则是, 不要内联超过 10 行的函数。
2.  内联那些包含循环或 switch 语句的函数常常是得不偿失 (除非在大多数情况下, 这些循环或 switch 语句从不被执行)。
3.  内联函数定义在头文件中，不要放在 cpp 文件中