C语言关键字之inline

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1. 内联函数

1.1. 何为内联函数

C语言中,如果一些函数被频繁的调用,不断的有函数入栈,即函数栈,会造成栈空间的大量消耗

为了解决这个问题,特别的引入 inline 修饰符,表示为内联函数

被定义为内联的函数,会在编译阶段在被调用处展开,类似于宏但不完全相同,而省去函数调用的开销


1.2. 定义内联函数

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

inline int min( int first,int second ){
    /*不能包括复杂的控制语句:while.for.switch等*/
    /*不能是递归函数*/
    /*代码不应过于冗长*/
}

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一个文本中定义,且定义必须相同,对于有两个文件 main.c 和 test.c 构成的程序来说,你不能定义这样的min( ) 函数,它在 main.c 中指定一件事情,而在 test.c 中指定另一件事情,如果两个定义不相同,则会有未定义的行为

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。


1.3. 内联函数编程风格

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 min( ) 不能成为内联函数:

inline void min( int first, int second ); 
void min( int first, int second ){
    /* inline 与函数声明放在一起 */
}

而如下风格的函数 min( ) 则成为内联函数:

void min( int first, int second );
inline void min( int first, int second ){
    /* inline与函数定义放在一起 */
}

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。


1.4. 内联函数使用限制

inline 只适合函数体内代码简单的函数使用,不能包含复杂的结构控制语句例如while、for等,并且内联函数本身不能是直接递归函数


1.5. 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。

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


1.6. 内联与宏

C/C++ 语言支持函数内联,其目的是为了提高函数的执行效率(速度)。

在C程序中,可以用宏代码提高执行效率。宏代码本身不是函数,但使用起来象函数。

预处理器用复制宏代码的方式代替函数调用,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,从而提高了速度。

使用宏代码最大的缺点是容易出错,预处理器在复制宏代码时常常产生意想不到的边际效应。

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