C++ 内联函数详解

内联函数
在函数运行的时候都有一些额外的开销，比如a函数调用b函数，在调用b函数的时候先要把a函数暂停，给b函数分配一块内存空间，再进行参数的传递，把实际参数的值拷贝给形式参数，接下去再执行b函数，函数执行结束以后，将b函数的空间收回，最后把b函数中的返回值返回到a函数，然后a函数再继续执行，所以函数调用过程中有这些额外的代价。如果一个函数很复杂，函数本身就要运行很长时间，这些额外的代价可以忽略，分配空间和参数传递是可以忽略的时间；但是如果这个函数本身就很简单，执行的时间挺短，那函数调用产生额外的代价就非常的可观，所以函数调用也有不好的地方，浪费时间，执行效率低。但是如果不写成函数的形式，对程序的可读性有一定影响，所以C++提出了内联函数，可以有函数的形式，让函数保持模块化可读性良好的特性，但是又没有函数调用的代价。

特点：

• 有函数的形式，但无函数调用的代价
• 编译时用函数体代码替代函数调用

定义

inline 返回类型 函数名（形式参数列表）

指定内联函数，只需要在函数定义处增加 inline 关键字
函数定义必须出现在函数调用之前

实例

#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 << "\n";
  cout<< "c =" << c << ", c squared = " << square(c++) << "\n";
  cout<< "Now c = " << c << "\n";

  return 0;
}

运行结果：
a = 25, b = 144
c = 13, c squared = 169
Now c = 14

内联函数与宏定义

• inline是函数，宏不是函数。
• 内联函数可以调试，进行诸如类型安全检查、语句是否正确等编译功能；宏不具有这样的调试功能；
• 宏在定义时要小心处理宏参数，一般用括号括起来，否则容易出现二义性。而内联函数不会出现二义性。
• 内联函数是在编译时展开，而宏在预编译时展开；在编译的时候，内联函数直接被嵌入到目标代码中去，而宏只是一个简单的文本替换。

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。

内联机制既具备宏代码的效率，又增加了安全性，而且可以自由操作类的数据成员，所以应该尽量使用内联函数来取代宏代码。

何时使用内联函数
内联能提高函数的执行效率，那么为什么不把所有的函数都定义成内联函数呢？
内联不是万灵丹，它以代码膨胀（拷贝）为代价，仅仅省去了函数调用的开销，从而提高程序的执行效率。（开销指的是参数的压栈、跳转、退栈和返回操作）。

一方面，如果执行函数体内代码的时间比函数调用的开销大得多，那么inline效率收益会很小。
另一方面，每一处内联函数的调用都要拷贝代码，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：

如果函数体内代码比较长，使用内联函数将导致可执行代码膨胀过大。
如果函数体内出现循环或者其他复杂的控制结构，那么执行函数体内代码的时间将比函数调用的开销大得多。

总结：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，这时使用内联效率很低，而且会导致代码膨胀过大。所以我们一般是将非常短小的、频繁调用的函数声明为内联函数，以提高执行效率。