前言: 内联函数是C++为提高程序运行速度所做的一项改进。常规函数和内联函数的主要区别不在于编写方式,而在于C++编译器如何将它们组合到程序中。
(一)内联函数的定义
定义内联函数,需使用C++的关键字 inline 且必须采取下俗措施之一
- 在函数声明前加上关键字inline;
- 在函数定义前加上关键字inline。
通常的做法是是省略原型,直接定义(即函数头和所有函数代码)放在本应提供原型的的地方。
inline int Add(int x,int y)
{
int c=x+y;
return c;
}
(二)内涵函数存在的意义
已经有了常规函数,为什么要定义成内联函数?即内联存在的意义是什么? 要了解内联函数与常规函数之间的区别,必须深入程序内部。
我们写的程序在运行之前,得进行编译,编译过程的最终产品是可执行程序–由一组机器语言指令组成。 运行程序时,操作系统将这些指令载入到计算机内存中,因此每条指令都有特定的内存地址。 比如看以下的代码:
#include<iostream>
int Add(int x, int y)
{
int c = x + y;
return c;
}
int main()
{
using namespace std;
int a = 1;
int b = 2;
int c;
c = a + b;
int sum;
sum = Add(a, b);
return 0;
}
通过调试转汇编发现(vs2013): 我们可以看到,在最左则即 指令的相关内存地址 。
需要注意的是,程序在调试时,其程序是在运行的,即 运行才可调试。
计算机随后逐步执行这些指令。有时(如有循坏或分支语句时),将跳过一些指令,向前或向后跳到特定地址。
执行到函数调用指令时,程序将在函数调用后立即存储该指令的内存地址,并将函数参数复制到堆栈(为此保留的内存块),跳到标记函数起点的内存单元,执行函数代码(也许还需将返回值放入到寄存器中),然后跳回到地址被保存的指令处(这与阅读文章时停下来看脚注,并在阅读完脚注后返回到以前阅读的地方类似)。来回跳跃并记录位置意味着以前使用函数时,需要一定的开销。
如上诉图片中此
call表示调用此函数,即找到Add()此函数的代码存储地(函数被编译时,其指令放在代码段里,而现在是在main函数开辟的栈帧中,所以能看到函数地址与它们相差甚远),前面的push,即复制函数参数到堆栈。 做好调用准备后,开辟函数栈帧,执行指令。如下图: 也可以看到Add()函数中的内存地址与图一即main()函数的内存地址不同,且有一定的差距,因为是跳出main()函数的栈帧,去创建Add()函数的栈帧,但也不会差太多,实际上Add()栈帧是压在main()栈帧上的,可以看到它们的内存地址前四位都是 005E ,而Add函数的地址在代码段中,与其相差甚远。 为此正常调用,得保存main()栈帧中执行指令的地址,以便执行完函数后可以返回继续执行接下来的地址。
C++内联函数提供了另一种选择。内联函数的编译代码与其他程序代码“内联”起来了。也就是说,编译器将使用相应的函数代码替换函数调用。对于内联代码,程序无需跳到另一个位置处执行代码,再跳回来。因此,内联函数的运行速度比常规函数稍块,但代价是需要占用更对内存(多调用时),如果程序在10个不同的地方调用同一内联函数,则该程序将包含该函数代码的10个副本。
实际查看一下编译器是怎么处理内联函数的:在debug模式下,需要对编译器进行设置,否则不会展开(因为debug模式下,编译器默认不会对代码进行优化,以下给出vs2013的设置方式) 先打开属性 常规中把调试信息格式改为程序数据库 优化中把内联函数扩展改为只适用于—inline(/Ob1) 配置完毕后,转到汇编此时可看到把Add()函数定义为内联后的汇编代码 如上图,没有call函数Add的地址,因为其为内联被展开了(更改后,重新运行,main栈帧中内存地址可能会进行改变)。
(三)使用内联函数的注意事项
- 应有选择地使用内联函数。如果执行函数代码的时间比处理函数调用机制的时间长,则节省的时间将只占整个过程的很小一部分。如果代码执行时间很短,则内联调用就可以节省非内联调用使用的大部分时间。另一方面,由于这个过程相当快,因此尽管节省了该过程的大部分时间,但节省的时间绝对值并不大,除非该函数经常被调用。
- 程序员请求将函数作为内联函数时,编译器并不一定会满足这种要求。它可能认为该函数过大(如循坏过多)或注意到函数调用了自己(内联函数不能递归)等等,因此不将其作为内联函数;而有些编译器没有启用或实现这种特性。所以一般建议对行数代码少,执行简单,经常调用的函数设置成内联。
- 内联函数的声明和定义不能分离,即不能分别在不同文件中,分离会导致连接错误。因为inline被展开,就没有函数地址了,链接就找不到。
#include <iostream>
using namespace std;
inline void f(int i);
#include "F.h"
void f(int i)
{
cout << i << endl;
}
#include "F.h"
int main()
{
f(10);
return 0;
}
(四)内联和宏定义
inline工具是C++新增的特性。C语言使用预处理器语句#define 来提供宏——内联代码的原始实现。
不过,内联函数和常规函数一样,也是按值来传递参数的,而宏并不是通过传递参数实现的,而是通过文本替换来实现的。 所以建议如果使用了C语言的宏执行了类似函数的功能,应考虑将它们转换为C++内联函数。
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