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C++ inline内联函数用法详解（附带实例）

通义灵码
在 C++ 中，inline 关键字用于建议编译器尝试将函数体内联到每个函数调用的位置。这意味着编译器会在函数调用的位置直接插入函数的代码，而不是执行常规的函数调用，从而减少函数调用的运行时开销。

使用 inline 定义一个函数时，实际上是在提示编译器：“如果可能的话，可以考虑避免这个函数的调用开销，直接展开它的代码。”然而，这只是一个优化建议，最终是否内联，取决于编译器的实现和对特定代码的评估。因此，inline 并不保证函数一定会被内联。

指定内联函数的方法很简单，只需要在函数定义处增加 inline 关键字。请看下面的例子： 
  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3.  
  4. //内联函数，交换两个数的值
  5. inline void swap(int *a, int *b){
  6.     int temp;
  7.     temp = *a;
  8.     *a = *b;
  9.     *b = temp;
  10. }
  11.  
  12. int main(){
  13.     int m, n;
  14.     cin>>m>>n;
  15.     cout<<m<<", "<<n<<endl;
  16.     swap(&m, &n);
  17.     cout<<m<<", "<<n<<endl;
  18.  
  19.     return 0;
  20. }
运行结果： 
45 99↙
45, 99
99, 45
注意，要在函数定义处添加 inline 关键字，在函数声明处添加 inline 关键字虽然没有错，但这种做法是无效的，编译器会忽略函数声明处的 inline 关键字。

当编译器遇到函数调用swap(&m, &n)时，会用 swap() 函数的代码替换swap(&m, &n)，同时用实参代替形参。这样，程序第 16 行就被置换成： 
  1. int temp;
  2. temp = *(&m);
  3. *(&m) = *(&n);
  4. *(&n) = temp;
编译器可能会将 *(&m)、*(&n) 分别优化为 m、n。

当函数比较复杂时，函数调用的时空开销可以忽略，大部分的 CPU 时间都会花费在执行函数体代码上，所以我们一般是将非常短小的函数声明为内联函数。

C++内联函数的优缺点

内联函数的优点：
内联函数的缺点：
除了作为一种优化技术来减少函数调用的开销之外，inline 在 C++ 中还有另一个重要的作用，那就是影响函数的链接属性。

C++ inline控制链接属性

inline 在 C++ 中不仅用于优化函数调用的开销，还扮演着控制函数链接属性的关键角色。inline 关键字特别有助于解决程序中的多重定义问题，这通常发生在同一个头文件被多个源文件包含时。

C++ 标准要求函数和对象的定义在整个程序中必须唯一，违反这一规则通常会导致链接器错误。然而，inline 函数是一个例外。

由于 inline 函数在不同编译单元中的多个定义都被视为同一函数的实例，因此它们不会触发链接错误，即使这些函数的定义在代码中出现多次。

inline 函数的另一个关键特性是在编译时的处理。当编译器遇到 inline 函数时，它可能将函数体在每个调用点展开。即使没有展开，编译器也保证这些函数定义在链接时是可用的，并视为同一符号，从而避免了链接冲突。

使用场景


通过这些机制，inline 功能不仅提高了代码的可复用性和模块化，还确保了程序的链接正确性和执行效率。因此，inline 是现代 C++ 编程中不可或缺的一部分。

C++内联函数的注意事项

在编写内联函数时，需要注意以下几个关键点，以确保其正确性和效率。

1) 定义在头文件中

内联函数应该在头文件中定义，而不是在源文件或库文件中。这样做确保了在编译时，所有包含该头文件的源文件都可以直接访问到内联函数的定义，从而允许编译器在各个调用点进行内联展开。

如果内联函数定义在源文件中，即使使用了 inline 关键字，也只能在该源文件内部进行内联展开，而无法在其他源文件中实现内联，这限制了内联优化的作用范围。

2) 避免过度使用

内联函数适用于小而频繁调用的函数。过度使用内联函数，特别是复杂或大型函数，可能会导致编译后的代码体积增大（代码膨胀），从而影响性能和缓存的使用效率。

3) 编译器优化

我们需要明白，即使函数被声明为内联，但最终是否内联取决于编译器的优化决策。编译器会根据函数的复杂性、调用频率等因素决定是否进行内联展开。

4) 递归函数慎用内联

对于递归函数，应避免将其声明为内联，因为内联递归函数可能导致大量的代码重复，严重时可能导致栈溢出。

5) 兼容性和链接问题

虽然内联函数可以避免多重定义的链接问题，但当内联函数过多时，可能会增加编译时间。确保头文件被守卫（使用头文件保护符，例如 #ifndef, #define, #endif），以避免重复包含可能导致的编译错误。

通过遵循这些注意点，可以有效地利用内联函数带来的优势，同时避免可能出现的问题。内联函数是 C++ 中一个强大的特性，但应谨慎使用，确保代码的可维护性和性能。

C++17标准对inline的改进

C++17 对内联功能做了一些显著的改进，以增强代码的灵活性和效率。这些改进主要集中在内联变量（inline variables）和内联命名空间（inline namespaces）上，提供了更多的语义支持和灵活性。

1) 内联变量

在 C++17 中，新增了内联变量的概念。这使得在头文件中定义的变量可以在多个源文件中安全地使用，而不会引起重定义错误。

内联变量特别适用于头文件中的常量和模板静态成员。例如，可以将模板类的静态成员声明为内联的，这样就不需要在单独的源文件中定义它们。 
  • struct MyStruct {
  •     static inline int counter = 0;  // C++17 允许在类定义中直接初始化
  • };

2) 内联命名空间

虽然内联命名空间在 C++11 中已经引入，但在 C++17 中它们的使用更加普遍。

内联命名空间的主要用途是版本控制，允许库开发者在不破坏二进制兼容性的情况下更改函数、类和变量的定义。在内联命名空间中的所有实体都可以像在其外层命名空间中一样被访问，这使得版本转换更加平滑。 
  1. namespace MyLib {
  2.     inline namespace Version1 {
  3.         int getVersion() { return 1; }
  4.     }
  5.     namespace Version2 {
  6.         int getVersion() { return 2; }
  7.     }
  8. }
  9.  
  10. // 使用默认版本（内联命名空间）
  11. int v1 = MyLib::getVersion();  // 返回 1
  12.  
  13. // 使用指定版本
  14. int v2 = MyLib::Version2::getVersion();  // 返回 2

命名空间是 C++ 中用于组织代码和防止命名冲突的机制。通过将相关的函数、类和变量放在同一个命名空间中，可以避免不同库或模块中同名标识符之间的冲突。例如： 
  1. namespace MyLib {
  2.     void func() {
  3.         // 实现
  4.     }
  5. }
  6.  
  7. namespace YourLib {
  8.     void func() {
  9.         // 另一个实现
  10.     }
  11. }
  12.  
  13. // 使用时需要指定命名空间
  14. MyLib::func();
  15. YourLib::func();
通过使用内联命名空间，开发者可以轻松切换库的版本，而无须修改大量调用代码。这不仅保持了代码的清晰性，还确保了向后兼容性。

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