C++ 内联函数分析

1、常量与宏

C++中的const常量可以替代宏常数定义：

#define A 3
const int A = 3;

我们还可以利用宏来定义宏代码片段：

#define FUNC(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

但是宏代码块不是函数， 常带有副作用，为消除副作用，用函数来替代，但是函数在调用的是由有参数的入栈，函数的返回，栈变量的销毁等等内存的开销，宏代码块则是完全没有的，为综合两者的优点，C++出现了内联函数。

宏代码块是由预处理处理，进行简单的文本替换，没有经过任何编译过程，因此可能出现副作用，而内联函数则是在编译阶段进行处理，具有函数的特征（参数检查、返回类型等）。

由于宏使用简单的文本替换，对于有些情况，在同一个作用域中同一个宏使用两次会出现重定义错误。

#define SWAP(a,b)\  
    int tmp = a; \  
    a = b; \  
    b = tmp;  
int main()  
{  
    int x = 10;  
    int y = 5;  
    SWAP(x, y);  
    SWAP(x, y);//此处会出错  
    system("pause");  
    return 0;  
}

2、内联函数

C++中推荐使用内联函数替代宏代码片段，基本形式如下：

inline int func(int a, int b)
{
    return a < b ? a : b;
}

• C++编译器可以将一个函数进行内联编译
• 被C++编译器内联编译的函数叫做内联函数
• C++编译器直接将函数体插入函数调用的地方
• 内联函数具有普通函数的特征（参数检查、返回类型等）
• 内联函数是以空间换时间的做法，没有普通函数调用时的额外开销
• 函数被内联编译后，函数体直接扩展到调用的地方
• C++编译器不一定满足函数的内联请求

inline关键字声明可以将一个函数声明为内联函数，但是这种声明不是绝对的，inline是对编译器的一种请求，请求编译器将对应函数进行内联编译，编译器是可以拒绝的，是否可以内联成功，要看编译器。

inline内联函数声明时，inline关键字必须要和函数定义结合在一起，仅将内联放在声明前是不起作用的。

#include <stdio.h>

// 宏代码块，比较两个数的大小
#define FUNC(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

inline int func(int a, int b)
{
    return a < b ? a : b;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int a = 1;
    int b = 3;
    int c = FUNC(++a, b);
    // ((++a) < (b) ? (++a) : (b))
    // 2 < 3 ? 3 : 3
    // 宏代码块的缺陷
    
    int d = func(++a, b);
    
    printf("a = %d\n", a);
    printf("b = %d\n", b);
    printf("c = %d\n", c);
    printf("d = %d\n", d);
    
    return 0;
}

查看反汇编进行分析

inline int func(int a, int b)    ; func函数在这里被编译
{
00EA17B0  push        ebp  
00EA17B1  mov         ebp,esp  
00EA17B3  sub         esp,0C4h  
00EA17B9  push        ebx  
00EA17BA  push        esi  
00EA17BB  push        edi  
00EA17BC  lea         edi,[ebp-0C4h]  
00EA17C2  mov         ecx,31h  
00EA17C7  mov         eax,0CCCCCCCCh  
00EA17CC  rep stos    dword ptr es:[edi]  
    return a < b ? a : b;
00EA17CE  mov         eax,dword ptr [a]  
00EA17D1  cmp         eax,dword ptr [b]  
00EA17D4  jge         func+31h (0EA17E1h)  
00EA17D6  mov         ecx,dword ptr [a]  
00EA17D9  mov         dword ptr [ebp-0C4h],ecx  
00EA17DF  jmp         func+3Ah (0EA17EAh)  
00EA17E1  mov         edx,dword ptr [b]  
00EA17E4  mov         dword ptr [ebp-0C4h],edx  
00EA17EA  mov         eax,dword ptr [ebp-0C4h]  
}    

...
...
...

    int d = func(++a, b); 调用函数
01001873  mov         eax,dword ptr [a]  
01001876  add         eax,1  
01001879  mov         dword ptr [a],eax  
0100187C  mov         ecx,dword ptr [b]  
0100187F  push        ecx  
01001880  mov         edx,dword ptr [a]  
01001883  push        edx  

01001884  call        func (01001177h)   ; 这里就是func的函数调用

01001889  add         esp,8  
0100188C  mov         dword ptr [d],eax

发现编译器并没有内联成功，还是普通的函数调用

对编译器进行设置

再看反汇编代码

inline int func(int a, int b)    ; 内联函数在这里不会被编译
{
    return a < b ? a : b;
}
...
...
...

    int d = func(++a, b)    ; 函数调用的时候，直接将整个函数体插入调用的地方进行编译
00BC4EC3  mov         eax,dword ptr [a]  
00BC4EC6  add         eax,1  
00BC4EC9  mov         dword ptr [a],eax  
00BC4ECC  mov         ecx,dword ptr [a]  
00BC4ECF  cmp         ecx,dword ptr [b]  
00BC4ED2  jge         main+7Fh (0BC4EDFh)  
00BC4ED4  mov         edx,dword ptr [a]  
00BC4ED7  mov         dword ptr [ebp-0F4h],edx  
00BC4EDD  jmp         main+88h (0BC4EE8h) 
00BC4EDF  mov         eax,dword ptr [b]  
00BC4EE2  mov         dword ptr [ebp-0F4h],eax  
00BC4EE8  mov         ecx,dword ptr [ebp-0F4h]  
00BC4EEE  mov         dword ptr [d],ecx

没有了函数调用的代码，直接是将内联函数块编译进来了，省去了函数调用的开销，内联请求成功。

在Linux系统中用g++编译器编译，也是一样的情况，可以通过配置g++ 编译器达到内联效果

• 现代C++编译器能够进行编译优化，一些函数集是没有inline声明，也可能被内联编译

• 一些现代C++编译器提供了扩展语法，能够对函数进行强制内联，如：

  g++ : __attribute__((always_inline)) 
  MSVS: __forceinline

强制内联

#include <stdio.h>

//__forceinline
//__attribute__((always_inline))
inline 
int add_inline(int n);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int r = add_inline(10);

    printf(" r = %d\n", r);

    return 0;
}

inline int add_inline(int n)
{
    int ret = 0;

    for(int i=0; i<n; i++)
    {
        ret += i;
    }

    return ret;
}

注意C++中inline内联编译的限制：

• 不能存在任何形式的循环语句
• 不能存在过多的条件判断语句
• 函数体不能过于庞大
• 不能对函数进行取址操作
• 函数内联声明必须在调用语句之前

3、小结

C++中可以通过inline声明内联函数

编译器直接将内联函数体扩展到函数调用的地方

inline只是一种请求，编译器不一定允许这种请求

内联函数省去了函数调用时压栈、跳转和返回等开销