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Item 30：完整理解inline函數的裡裡外外 Effective C++筆記

編輯：關於C++

Item 30: Understanding the ins and outs of lining.

inline（內聯）函數的好處太多了：它沒有宏的那些缺點，見Item 2：避免使用define；而且不需要付出函數調用的代價。同時也方便了編譯器基於上下文的優化。但inline函數也並非免費的午餐：

它會使得目標代碼膨脹，運行時會占用更多的內存，甚至引起緩存頁的失效和指令緩存的Miss，這些都會造成運行時性能的下降。但是另一方面，如果inline函數足夠小以至於生成的目標代碼比函數調用還小，那麼inline函數會產生更小的目標代碼以及更高的指令緩存命中率。

本文便來討論一些典型的適合inline的場景，以及容易誤用inline的地方。

聲明方式

可能很多開發者不知道，inline只是對編譯器的一個請求而非命令。該請求可以隱式地進行也可以顯式地聲明。

當你的函數較復雜（比如有循環、遞歸），或者是虛函數時，編譯器很可能會拒絕把它inline。因為虛函數調用只有運行時才能決定調用哪個，而inline是在編譯器便要嵌入函數體。有些編譯器在dianotics級別編譯時，會對拒絕inline給出warning。

隱式的辦法便是把函數定義放在類的定義中：

class Person{
    ...
    int age() const{ return _age;}  // 這會生成一個inline函數！
};

例子中是成員函數，如果是友元函數也是一樣的。除非友元函數定義在類的外面。

顯式的聲明則是使用inline限定符：

template
inline const T& max(const T& a, const T& b){ return a

模板與inline

可能你也注意到了inline函數和模板一般都定義在頭文件中。這是因為inline操作是在編譯時進行的，而模板的實例化也是編譯時進行的。所以編譯器時便需要知道它們的定義。

在絕大多數C++環境中，inline都發生在編譯期。有些環境下也可以在鏈接時進行inline，尤其在.NET中可以運行時進行inline。

但模板實例化和inline是兩個過程，如果你的函數需要做成inline的就把它聲明為inline（也可以隱式地），否則仍然把它聲明為正常的函數。

取函數地址

有些適合inline的函數編譯器仍然不能把它inline，比如你要取一個函數的地址時：

inline void f(){}
void (*pf)() = f;

f();        // 這個調用將會被inline，它是個普通的函數調用
pf();       // 這個是通過指針調用的，不會被inline

構造/析構函數

構造析構函數看起來很適合inline，但事實並非如此。我們知道C++會在對象創建和銷毀時保證做很多事情，比如調用new時會導致構造函數被調用，退出作用域時析構函數被調用，構造函數調用前成員對象的構造函數被調用，構造失敗後成員對象被析構等等。

這些事情不是平白無故發生的，編譯器會生成一些代碼並在編譯時插入你的程序。比如編譯後一個類的構造過程可能是這樣的：

Derived::Derived(){
    Base::Base();
    try{ data1.std::string::string(); }
    catch(...){
        Base::Base();
        throw;
    }
    try{ data2.std::string::string(); }
    catch(...){
        data1.std::string::~string();
        Base::~Base();
        throw;
    }
    ...
}

Derived的析構函數、Base的構造和析構函數也是一樣的，事實上構造和析構函數會被大量地調用。如果全部inline的話，這些調用都會被擴展為函數體，勢必會造成目標代碼膨脹。

如果你是庫的設計者，那麼你的接口函數的inline特性的變化將會導致客戶代碼的重新編譯。因為如果你的接口是inline的，那麼客戶需要將函數體展開編譯到客戶的目標代碼中。