C++ 内联函数（秒懂）

快来打我* 2023-01-18 04:06 113阅读 0赞

## 内联函数 ##

函数是一个可以重复使用的代码块，CPU 会一条一条地挨着执行其中的代码。CPU 在执行主调函数代码时如果遇到了被调函数，主调函数就会暂停，CPU 转而执行被调函数的代码；被调函数执行完毕后再返回到主调函数，主调函数根据刚才的状态继续往下执行。  
  
一个 C/C++程序的执行过程可以认为是多个函数之间的相互调用过程，它们形成了一个或简单或复杂的调用链条，这个链条的起点是 main()，终点也是 main()。当 main() 调用完了所有的函数，它会返回一个值（例如`return 0;`）来结束自己的生命，从而结束整个程序。  
  
函数调用是有时间和空间开销的。程序在执行一个函数之前需要做一些准备工作，要将实参、局部变量、返回地址以及若干寄存器都压入栈中，然后才能执行函数体中的代码；函数体中的代码执行完毕后还要清理现场，将之前压入栈中的数据都出栈，才能接着执行函数调用位置以后的代码。  
  
如果函数体代码比较多，需要较长的执行时间，那么函数调用机制占用的时间可以忽略；如果函数只有一两条语句，那么大部分的时间都会花费在函数调用机制上，这种时间开销就就不容忽视。  
  
为了消除函数调用的时空开销，C++ 提供一种提高效率的方法，即在编译时将函数调用处用函数体替换，类似于C语言中的宏展开。**这种在函数调用处直接嵌入函数体的函数称为内联函数（Inline Function），又称内嵌函数或者内置函数。**  
  
指定内联函数的方法很简单，只需要在函数定义处增加 inline 关键字。请看下面的例子：

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    //内联函数，交换两个数的值
    inline void swap(int *a, int *b)
    {
        int temp;
        temp = *a;
        *a = *b;
        *b = temp;
    }
    
    int main()
    {
        int m, n;
        cin>>m>>n;
        cout<<m<<", "<<n<<endl;
        swap(&m, &n);
        cout<<m<<", "<<n<<endl;
    
        return 0;
    }
    
    //运行结果：
    //45 99
    //45, 99
    //99, 45

**注意，要在函数定义处添加 inline 关键字，在函数声明处添加 inline 关键字虽然没有错，但这种做法是无效的，编译器会忽略函数声明处的 inline 关键字。**  
  
当编译器遇到函数调用`swap(&m, &n)`时，会用 swap() 函数的代码替换`swap(&m, &n)`，同时用实参代替形参，以下为替换后的结果：

int temp;
    temp = *(&m);
    *(&m) = *(&n);
    *(&n) = temp;

编译器可能会将 \*(&m)、\*(&n) 分别优化为 m、n。  
  
当函数比较复杂时，函数调用的时空开销可以忽略，大部分的 CPU 时间都会花费在执行函数体代码上，所以我们一般是将非常短小的函数声明为内联函数。  
  
**由于内联函数比较短小，我们通常的做法是省略函数原型，将整个函数定义（包括函数头和函数体）放在本应该提供函数原型的地方。下面的例子写法是不被推荐的：**

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    //声明内联函数
    void swap1(int *a, int *b); //也可以添加inline，但编译器会忽略
    
    int main()
    {
        int m, n;
        cin>>m>>n;
        cout<<m<<", "<<n<<endl;
        swap1(&m, &n);
        cout<<m<<", "<<n<<endl;
    
        return 0;
    }
    
    //定义内联函数
    inline void swap1(int *a, int *b)
    {
        int temp;
        temp = *a;
        *a = *b;
        *b = temp;
    }

使用内联函数的缺点也是非常明显的，编译后的程序会存在多份相同的函数拷贝，如果被声明为内联函数的函数体非常大，那么编译后的程序体积也将会变得很大，**所以再次强调，一般只将那些短小的、频繁调用的函数声明为内联函数。**  
  
对函数作 inline 声明只是程序员对编译器提出的一个建议，而不是强制性的，并非一经指定为 inline 编译器就必须这样做。编译器有自己的判断能力，它会根据具体情况决定是否这样做。

## 内联函数和宏定义 ##

使用宏代码最大的缺点是容易出错，预处理在拷贝宏代码时常常产生意向不到的边际效应。  
例如：

#define MAX(a,b) (a)>(b)?(a):(b)

语句：

result = MAX(i,j)+2;
    //被预处理器扩展为 
    result = (i)>(j)?(i):(j)+2;

由于运算符"+"比运算符"?:"的优先级高，所以上述语句并不等价于

result = ((i)>(j)?(i):(j))+2;

如果把宏代码改写为：

#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))

则能解决优先级的问题。但是会引发另一个问题

result = MAX(i++,j);
    //被预处理器扩展为 
    result = (i++)>(j)?(i++):(j) //在同一个表达式中i被两次求值。

宏的另一个缺点是不可调试。