第五篇:C++ 类的inline成员函数

本文以下面的例子展开有关inline成员函数的话题,下面的成员函数用于检索Person类对象的d_name字段和d_age字段。

const string &Person::name() const
{
    return d_name;
};
void Person::show_age(Person const &person)
{

    cout << "非const版本: " << person.name() << "今年" << person.age() << "岁" << endl;
}

未被inline关键字修饰的成员函数,以show_age()为例执行如下

  1. 调用函数Person :: name();(入栈操作)
  2. 此函数返回person的d_name作为引用。
  3. 引用的d_name将写入标准输出。
  4. 调用函数Person::age();(入栈操作)
  5. 此函数返回person的d_age作为引用。
  6. 引用的d_name将写入标准输出。

特别是这些操作的第一步会导致一些时间损失,因为需要额外的函数调用来检索名称字段的值。 有时,直接使d_name数据成员可用的更快的过程是首选,而无需实际调用函数名。 这可以使用内联函数来实现。

定义inline成员

内联函数可以在类接口本身中实现(即在头文件中定义),但通常这是一个“馊主义” 对于Person类,name()成员函数是以下实现,这是一个反面教材的例子:

class Person{
        public:
        inline std::string const &name(){
               return d_name;
       }
}

请注意,函数名称的内联代码现在实际上在类Person的接口中内联出现。 关键字const再次添加到函数标题中。

不要在类接口/类定义内,定义inline成员函数及其实现细节的原因:

  • 在接口内部定义成员会污染实现。 类接口的目的为该接口的函数声明提供文档说明。 混合成员声明和实现细节会使得程序员对接口的理解变得复杂。
  • 私有成员函数的类内实现通常可以避免(因为他们是私有成员),他们应该移动内部头文件(除非内联公共成员作为内联私有成员使用)
  • 尽管符合条件的内联代码的成员应保持内联,但是确实存在这样的内联成员从内联定义迁移到非内联定义的情况。 类内的内联定义仍然需要进行编辑(有时需要大量编辑),然后才能进行编译。 这种额外的编辑是不可取的。

由于上述考虑,内联成员不应在类中定义。 而是应在类接口之后定义它们。 因此,最好将Person :: name成员定义如下:

class Person{
        public:std::string const &name() const;
}

inline std::string const &Person::name() const{
        return d_name;
}

为什么要使用内联函数?

当程序执行函数call指令时,CPU存储函数调用之后的指令的内存地址,复制栈中的函数的参数并且最后将控制权转移到指定的函数。然后CPU执行函数的代码,将函数的返回值存储在预定义的内存位置/寄存器中,并将控制返回给调用的函数。如果从调用函数到被调用函数(被调用者)的切换时间大于函数的执行时间,则这可能成为开销。

对于大型和/或执行复杂任务的函数,与函数运行所花费的时间相比,函数调用的开销通常是微不足道的。但是,对于常用的小函数,进行函数调用所需的时间通常比实际执行函数代码所需的时间多得多。小功能的开销是因为小功能的执行时间小于切换时间。

内联函数的效果,每当调用内联函数,在该函数位置替换为函数体内的语句。 这可以避免函数调用伴随一些(堆栈处理和参数传递带来的)开销,从而达到加速程序的执行。 内联函数是一个在调用时按行扩展的函数。 当调用内联函数时,内联函数的整个代码在内联函数调用点插入或替换。 此替换由C ++编译器在编译时执行。 内联函数如果很小则可以提高效率。

注意,使用内联函数可能会导致程序中这些函数的代码多次出现:内联函数的每次调用都需要一个副本。如果该函数很小,并且需要快速执行,即是可以接受的。如果函数内的代码块的消耗是O(n),那不是很理想。编译器也知道这一点,并且将内联函数用作请求而不是命令。如果编译器认为该函数过长,通常是O(n)级以上的消耗,编译器会忽略该请求。

C++不接受inline请求的情况:

  • 函数内部包含for,while,或do-while循环结构;
  • 函数内部包含静态变量.
  • 函数是递归的
  • 函数返回类型不是void,并且函数体中不存在return语句
  • 函数包含switch或goto语句

什么时候使用inline函数

  • 仅当函数体内包含常量开销O(1)的简单语句才使用inline关键字修饰成员函数
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