【C++】内联函数

前言

在C语言中，我们学习过宏的用法。宏通常被用于进行简单的文本替换来执行一系列的操作，比如一些简单的运算。使用宏可以避免函数调用时建立栈帧的开销，提高程序的性能。我们首先来写一个实现加法功能的宏：

cpp 复制代码

#define ADD(x, y) ((x) + (y))
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	cout << ADD(10, 20) << endl;

	return 0;
}

这个宏完美实现了我们的加法需求，但在定义宏时需要格外小心，因为宏可能存在潜在的问题，如副作用和作用域。为确保宏替换后的正确性，可能需要加上多个括号，这样就比较繁琐。而且宏无法进行类型检查，因为它只是完成替换功能。为了解决这些问题，C++引入了内联函数，提供了一种更安全、清晰且性能保持良好的替代方案。

概念

用 inline 修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会视情况在调用内联函数的地方展开，此时同样没有函数调用建立栈帧的开销，因此可以提升程序运行的效率。现在我们将上面定义的宏改写成内联函数：

cpp 复制代码

inline int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	int ret1 = Add(10, 20);

	return 0;
}

写成内联函数后，我们就不需要像定义宏一样注意括号的细节了。我们转到反汇编来看一下：

我们发现它并没有展开，而是和普通的函数调用一样，也建立了栈帧，因为这里依旧有 call 指令，原因是在 debug 模式下需要手动对编译器进行设置才能展开，而 release 模式下则不需要，但是 release 模式下无法调试，我们也无法看到展开的效果，因此接下来我们先设置下编译器。

右键单击箭头指向的这个位置。

如图所示，选择程序数据库这一选项。

内联函数扩展这里选择只适用于 _inline 这一选项，然后点击确定，这样就设置好了。这时候我们在调试一次，转到反汇编来看：

可以看到 call 指令已经没有了，函数确实是直接展开了。并且内联函数下我们依旧可以对程序进行调试。这里有一个小细节，mov 指令是先针对左操作数也就是10的，而对于普通的函数调用，在建立栈帧时先压入栈中的是右操作数，如果不清楚的话可以往上回顾一下没展开的那段汇编代码。我们再来看看宏的汇编代码：

显而易见宏是不一样的，因为它是直接进行替换的。宏替换后只有这样这样一句语句，显然无法进行调试。

特性

内联是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当成内联函数处理，在编译阶段就会用函数体替换函数调用。这样可以省去调用函数的开销，提高程序的运行效率。但是事物总是具有两面性的，内联函数也会存在缺陷，如可能会使目标文件变大，就算内联函数本身很短，但是在调用了很多次的情况下会有很多次的展开，总代码行数就会变长了。
内联对于编译器而言只是一个建议，是否采纳这个建议的决定权在于编译器。不同编译器关于内联的实现机制可能不同。一般建议将函数规模较小(即函数不是很长，具体没有准确的说法，取决于编译器内部实现，一般10行左右是一个界限)、不是递归、且频繁调用的函数采用 inline 修饰，否则编译器会忽略内联建议。不可能把一个100行代码的函数当成内联对吧，否则多次调用的情况下目标文件岂不是非常的大。
建议不要将内联函数的声明和定义分离，这样可以避免其他源文件在使用该函数时发生链接错误。由于内联函数在调用时会直接被展开，其函数地址不会进入符号表，导致在链接阶段无法找到该函数的地址。因此，如果一定要将内联函数的声明和定义分开，那么该内联函数只能在包含其定义的源文件中使用。

潜在面试问题

宏的优缺点：

优点：

提高代码的复用性，通过简单的文本替换实现通用功能。
在一些情况下，宏能够提高程序的性能。

缺点：

宏不便于调试，因为宏在预编译阶段就进行了替换，因此难以在调试中观察。
可能导致代码可读性和可维护性下降，并且容易被误用。
缺乏类型安全的检查，可能导致错误的使用。

C++中用什么替代宏：

常量的定义可以使用 const 或 enum 来替代宏，提高类型安全和可读性。
短小函数的定义可以使用内联函数来替代宏，这样不仅保障了性能，还避免了宏可能引入的潜在问题，并提高了代码的可维护性。