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粤嵌教你该如何学习编程c++内联函数

更新时间: 2018-12-27 14:13:19来源: 粤嵌教育浏览量:3719

我们应该如何学习编程c++内联函数?在C++中我们通常定义以下函数来求两个整数的值:

      代码如下:

      int max(int a, int b)

        {

            return a > b ? a : b;

        }

      为这么一个小的操作定义一个函数的好处有:

      ① 阅读和理解函数 max 的调用,要比读一条等价的条件表达式并解释它的含义要容易得多

      ② 如果需要做任何修改,修改函数要比找出并修改每一处等价表达式容易得多

      ③ 使用函数可以确保统一的行为,每个测试都保证以相同的方式实现

      ④ 函数可以重用,不必为其他应用程序重写代码

      虽然有这么多好处,但是写成函数有一个潜在的缺点:调用函数比求解等价表达式要慢得多。在大多数的机器上,调用函数都要做很多工作:调用前要先保存寄存器,并在返回时恢复,复制实参,程序还必须转向一个新位置执行

      C++中支持内联函数,其目的是为了提高函数的执行效率,用关键字 inline 放在函数定义(注意是定义而非声明,下文继续讲到)的前面即可将函数指定为内联函数,如何学习编程c++内联函数?内联函数通常就是将它在程序中的每个调用点上“内联地”展开,假设我们将 max 定义为内联函数:

      代码如下:

        inline int max(int a, int b)

        {

            return a > b ? a : b;

        }

      则调用: cout<<max(a, b)<<endl;

      在编译时展开为: cout<<(a > b ? a : b)<<endl;

      从而消除了把 max写成函数的额外执行开销


      2.内联函数和宏的对比


1)宏代码容易产生意想不到的错误;

2)宏代码不可调试;

3)宏代码无法操作类的私有成员。


      3.将内联函数放入头文件

      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 Foo 不能成为内联函数:

      代码如下:

       inline void Foo(int x, int y);// inline 仅与函数声明放在一起

        void Foo(int x, int y)

        {

            ...

        }

      而如下风格的函数 Foo 则成为内联函数:

      代码如下:

      void Foo(int x, int y);

      inline void Foo(int x, int y)// inline 与函数定义体放在一起

        {

            ...

        }

      所以说,C++ inline函数是一种“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。

      定义在类声明之中的成员函数将自动地成为内联函数,例如:

      代码如下:

        class A

        {

            public:

            void Foo(int x, int y) { ... }// 自动地成为内联函数

        }

      但是编译器是否将它真正内联则要看 Foo函数如何定义

      内联函数应该在头文件中定义,这一点不同于其他函数。编译器在调用点内联展开函数的代码时,必须能够找到 inline 函数的定义才能将调用函数替换为函数代码,而对于在头文件中仅有函数声明是不够的。

      当然内联函数定义也可以放在源文件中,但此时只有定义的那个源文件可以用它,而且必须为每个源文件拷贝一份定义(即每个源文件里的定义必须是完全相同的),当然即使是放在头文件中,也是对每个定义做一份拷贝,只不过是编译器替你完成这种拷贝罢了。但相比于放在源文件中,放在头文件中既能够确保调用函数是定义是相同的,又能够保证在调用点能够找到函数定义从而完成内联(替换)。

      但是你会很奇怪,重复定义那么多次,不会产生链接错误

      我们来看一个例子:

      A.h :

      代码如下:

        class A

        {

        public:

        A(int a, int b) : a(a),b(b){}

        int max();

        private:

        int a;

        int b;

        };

A.cpp :

      代码如下:

        #include "A.h"

        inline int A::max()

        {

        return a > b ? a : b;

        }

      Main.cpp :

      代码如下:

        #include <iostream>

        #include "A.h"

        using namespace std;

        inline int A::max()

        {

        return a > b ? a : b;

        }

        int main()

        {

        A a(3, 5);

        cout<<a.max()<<endl;

        return 0;

        }

        一切正常编译,输出结果:5

      倘若你在Main.cpp中没有定义max内联函数,那么会出现链接错误:

      error LNK2001: unresolved external symbol "public: int __thiscall A::max(void)" (?max@A@@QAEHXZ)main.obj

      找不到函数的定义,所以内联函数可以在程序中定义不止一次,只要 inline 函数的定义在某个源文件中只出现一次,而且在所有源文件中,其定义必须是完全相同的就可以。
在头文件中加入或修改 inline 函数时,使用了该头文件的所有源文件都必须重新编译。


      4.慎用内联

      内联虽有它的好处,但是也要慎用,在Google C++编码规范中则规定得更加明确和详细:


      内联函数:

      Tip: 只有当函数只有 10 行甚至更少时才将其定义为内联函数.

      定义: 当函数被声明为内联函数之后, 编译器会将其内联展开, 而不是按通常的函数调用机制进行调用。

      优点: 当函数体比较小的时候, 内联该函数可以令目标代码更加高效. 对于存取函数以及其它函数体比较短, 性能关键的函数, 鼓励使用内联。

      缺点: 滥用内联将导致程序变慢. 内联可能使目标代码量或增或减, 这取决于内联函数的大小. 内联非常短小的存取函数通常会减少代码大小, 但内联一个相当大的函数将戏剧性的增加代码大小. 现代处理器由于更好的利用了指令缓存, 小巧的代码往往执行更快。

      结论: 一个较为合理的经验准则是, 不要内联超过 10 行的函数. 谨慎对待析构函数, 析构函数往往比其表面看起来要更长, 因为有隐含的成员和基类析构函数被调用!

另一个实用的经验准则: 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)。

有些函数即使声明为内联的也不一定会被编译器内联, 这点很重要; 比如虚函数和递归函数就不会被正常内联. 通常, 递归函数不应该声明成内联函数.(递归调用堆栈的展开并不像循环那么简单, 比如递归层数在编译时可能是未知的, 大多数编译器都不支持内联递归函数). 虚函数内联的主要原因则是想把它的函数体放在类定义内, 为了图个方便, 抑或是当作文档描述其行为, 比如精短的存取函数.

        -inl.h文件:


      Tip: 复杂的内联函数的定义, 应放在后缀名为 -inl.h 的头文件中。

内联函数的定义必须放在头文件中, 编译器才能在调用点内联展开定义. 然而, 实现代码理论上应该放在 .cc 文件中, 我们不希望 .h 文件中有太多实现代码, 除非在可读性和性能上有明显优势。

如果内联函数的定义比较短小, 逻辑比较简单, 实现代码放在 .h 文件里没有任何问题. 比如, 存取函数的实现理所当然都应该放在类定义内. 出于编写者和调用者的方便, 较复杂的内联函数也可以放到 .h 文件中, 如果你觉得这样会使头文件显得笨重, 也可以把它萃取到单独的 -inl.h 中. 这样把实现和类定义分离开来, 当需要时包含对应的 -inl.h 即可。

如何学习编程c++内联函数?现在大家应该对这部分内容有了大致的认识,如果想完整掌握C++语言,到粤嵌培训不失为一个好的途径。


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