【C++】内联函数inline以及 C++入门（4）

1.1 问题引入 在C语言中我们学过函数，当函数在调用的时候会开辟函数栈帧。假设调用10次Add()函数，那么就要开辟10次函数栈帧。而函数栈帧中需要做很多事情，如保存寄存器、压参数、压返回值等等，过程会很繁琐，在C语言中我们使用宏来解决这个问题，在C++中我们使用内联函数inline来解决。

1.2 内联函数的概念

使用关键字inline修饰的函数叫做内联函数，C++的编译器会在调用内联函数时展开。没有压栈的开销，使得程序的运行效率提升。

int Add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}

以Add()函数为例，C语言中使用宏来代替函数：

#define Add(x,y) ((x)+(y))

在C++中使用内联函数：

inline int Add(int x, int y)
{
	int z = x + y;
	return z;
}

那么请问，为什么在已经有了宏定义的情况下，还需要内联函数？

• 宏晦涩难懂，比较复杂容易写错，语法机制设计不好
• 宏不支持调试，而inline函数在Debug模式下支持调试（Debug模式下不会展开，release才会），能够提高和加深我们对于代码的理解

我们通过反汇编来看一下不加inline的调用：

发现会有函数的调用，后面跟的是函数栈帧的地址。

如果在Add函数前使用inline关键字，编译器在编译期间就会使用函数体代替函数调用。

查看方式：

• release模式下，查看汇编代码中是否存在call
• debug模式下，需要对编译器进行设置（因为在debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化）

编译器设置步骤：

我们在来看一下使用inline内联函数的结果：

会发现，编译器优化了 Add(1, 2)，直接内联（inline）计算，未生成函数调用（无call指令），避免了栈帧开销。

1.3 内联函数的特性

1. inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适宜使用作为内联函数。
2. inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。
3. inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为 inline 被展开，就没有函数地址了，链接就会找不到。

1.3.1 inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适宜使用作为内联函数

因为如果是长代码（复杂算法）时：

inline void processBigData(Data& data) {
    // 100+ 行代码
    // 复杂的逻辑...
}

如果内联 100 次，最终二进制文件会显著膨胀（可能从几 KB 变成几 MB），导致：

• 缓存命中率下降（CPU 缓存能存储的代码变少，性能反而可能下降）。
• 可执行文件体积变大（加载更慢，占用更多内存）。

1.3.2 inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等等，编译器优化时会忽略掉内联

这里举一个例子，我有一个函数里面有13行代码，但是我们需要调用100次。如果使用inline替换的话，就会有100*13条指令，如果不替换就会有100+13条指令：

inline int Add(int x, int y)
{
	int z = x + y;
	z += x * y;
	z += x * y;
	z += x * y;
	z += x * y;
	z += x * y;
	z += x * y;
	z += x * y;
	z += x * y;
	z += x * y;
	z += x * y;
	z += x * y;
	return z;
}
int main()
{
	for (int i = 0; i < 100; i++)
	{
		Add(1, 2);
	}

	return 0;
}

意思就是说，内联后的二进制文件会膨胀的很快。

我们看一下汇编代码：

我们可以看见，虽然Add函数前加了inline，但是最终却没有展开。

1.3.3 inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为 inline 被展开，就没有函数地址了，链接就会找不到

会发现在头文件包含，并且函数定义正确的情况下，报错未定义的标识符！ 这是因为这是因为test.h中替换到test.cpp中发现是内联函数，内联函数不需要生成地址，因为内联函数调用的地方都展开了，因此不会存在在符号表中。外部调用时就找不到。因此不要将声明和定义分开。

（本篇完）