C++编程中队内联函数的理解和使用

函数调用过程
c++经过编译生成可执行程序文件exe，存放在外存储器中。程序启动，系统从外存储器中将可执行文件装载到内存中，从入口地址（main函数起始处）开始执行。程序执行中遇到了对其他函数的调用，就暂停当前函数的执行，并保存下一条指令的地址作为从被调函数返回后继续执行的入口点，保存现场。然后转到被调函数的入口地址执行被调函数。遇到return语句或者被调函数结束后，恢复先前保存的现场，从先前保存的返回地址处继续执行主调函数的其余部分。

内联函数
函数调用需要进行现场保护，以便在函数调用之后继续进行。函数调用后还需要恢复现场才能继续执行。这都需要系统开销，影响了程序的效率。

内联函数在编译的时候将所调用的函数代码直接嵌入到主调函数中，定义方式就是在普通的函数定义前面加上inline，不存在程序流程跳转和返回，但是增加了程序代码。内联函数函数体不能含有复杂的结构控制语句，适用于1-5行的小函数。当函数规模比较大的时候，函数运行的时间相对与函数的调用和返回时间大很多，综合时间和空间考虑，用内联没有太大意义。

原理：
对于任何内联函数，编译器在符号表里放入函数的声明（包括名字、参数类型、返回值类型）。如果编译器没有发现内联函数存在错误，那么该函数的代码也被放入符号表里。在调用一个内联函数时，编译器首先检查调用是否正确（进行类型安全检查，或者进行自动类型转换，当然对所有的函数都一样）。如果正确，内联函数的代码就会直接替换函数调用，于是省去了函数调用的开销。

内联函数与宏的区别
1.内联函数在运行时可调试，而宏定义不可以;

2.编译器会对内联函数的参数类型做安全检查或自动类型转换（同普通函数），而宏定义则不会；

3.内联函数可以访问类的成员变量，宏定义则不能；

4.在类中声明同时定义的成员函数，自动转化为内联函数。

C++ 语言的函数内联机制既具备宏代码的效率，又增加了安全性，而且可以自由操作类的数据成员。所以在C++ 程序中，应该用内联函数取代所有宏代码

一个可执行文件的cpp文件中一个函数只能被定义一次。如果你把函数定义在一个.h文件中并让两个cpp包含就会造成这个函数分别在两个cpp中被定义产生错误。但是inline函数是允许在多个cpp中多次定义的，就解决了这个问题。

for (int i=v.begin() ; i<v.size() ; i++) 
{ 
  .... 
} 

       对于size()的调用，其实是内联。在循环时，可以采用变量保存v.size()的值，以减少每个循环的调用开支。于是决定一搜，顺便总结之。

1、inline的引出

考虑下列min()函数

int min( int v1, int v2 ) 
{ 
  return( v1 < v2 << v1 : v2 ); 
} 

      为这样的小操作定义一个函数的好处是：
     a.如果一段代码包含min()的调用，那阅读这样的代码并解释其含义比读一个条件操作符的实例，可读性会强很多。

     b.改变一个局部化的实现比更改一个应用中的300个出现要容易得多

     c.语义是统一的，每个测试都能保证相同的方式实现

     d.函数可以被重用，不必为其他的应用重写代码

     不过，将min()写成函数有一个严重的缺点：调用函数比直接计算条件操作符要慢很多。那怎么能兼顾以上优点和效率呢？C++提供的解决方案为inline（内联）函数

2、inline的原理：代码替代

       在程序编译时，编译器将程序中出现的内联函数的调用表达式用内联函数的函数体来进行替代。

       例如，如果一个函数被指定为inline 函数则它将在程序中每个调用点上被内联地展开例如

int minVal2 = min( i, j ); 

在编译时被展开为

int minVal2 = i < j << i : j; 

 则把min()写成函数的额外执行开销从而被消除了。
3、inline的使用

       让一个函数成为内联函数，隐式的为在类里定义函数，显式的则是在函数前加上inline关键字说明。

4、使用inline的一些注意事项

      a.从inline的原理，我们可以看出，inline的原理，是用空间换取时间的做法，是以代码膨胀（复制）为代价，仅仅省去了函数调用的开销，从而提高函数的执行效率。如果执行函数体内代码的时间，相比于函数调用的开销较大，那么效率的收获会很少。所以，如果函数体代码过长或者函数体重有循环语句，if语句或switch语句或递归时，不宜用内联

      b.关键字inline 必须与函数定义体放在一起才能使函数成为内联，仅将inline 放在函数声明前面不起任何作用。内联函数调用前必须声明。

inline void Foo(int x, int y); // inline 仅与函数声明放在一起 
void Foo(int x, int y) 
{ 
  ... 
} 

以上代码不能成为内联函数，而以下则可以

void Foo(int x, int y); 
inline void Foo(int x, int y) // inline 与函数定义体放在一起 
{ 
  ... 
} 

       所以说，inline 是一种“用于实现的关键字”，而不是一种“用于声明的关键字”。对于以上例子，林锐还建议，只在定义前加上inline，而不是在声明和定义前都加，因为这能体现高质量C++/C 程序设计风格的一个基本原则：声明与定义不可混为一谈。
       c.inline对于编译器来说只是一个建议，编译器可以选择忽略该建议。换句话说，哪怕真的写成了inline，也没有任何错误的情况下，编译器会自动进行优化。所以当inline中出现了递归，循环，或过多代码时，编译器自动无视inline声明，同样作为普通函数调用。

总结下：

       觉得可以将内联理解为C++中对于函数专有的宏，对于C的函数宏的一种改进。对于常量宏，C++提供const替代；而对于函数宏，C++提供的方案则是inline。在C中，大家都知道宏的优势，编译器通过复制宏代码的方式，省去了参数压栈，生成汇编的call调用，返回参数等操作，虽然存在一些安全隐患，但在效率上，还是很可取的。
       不过函数宏还是有不少缺陷的，主要有以下：

       a.在复制代码时，容易出现一想不到的边际效应，比如经典的

#define MAX(a, b) (a) > (b) ? (a) : (b) 

在执行语句：

result = MAX(i, j) + 2 ; 

时，会被解释为

result = (i) > (j) ? (i) : (j) + 2 ; 

     b.使用宏，无法进行调试，虽然windows提供了ASSERT宏
     c.使用宏，无法访问类的私有成员
      所以，C++ 通过内联机制，既具备宏代码的效率，又增加了安全性，还可以自由操作类的数据成员，算是一个比较完美的解决方案。