C++行內函式(C++ inline)詳解

2020-07-16 10:04:20
使用函數能夠避免將相同程式碼重寫多次的麻煩,還能減少可執行程式的體積,但也會帶來程式執行時間上的開銷。

函數呼叫在執行時,首先要在棧中為形參和區域性變數分配儲存空間,然後還要將實參的值複製給形參,接下來還要將函數的返回地址(該地址指明了函數執行結束後,程式應該回到哪裡繼續執行)放入棧中,最後才跳轉到函數內部執行。這個過程是要耗費時間的。

另外,函數執行 return 語句返回時,需要從棧中回收形參和區域性變數占用的儲存空間,然後從棧中取出返回地址,再跳轉到該地址繼續執行,這個過程也要耗費時間。

總之,使用函數呼叫語句和直接把函數中的程式碼重新抄寫一遍相比,節省了人力,但是帶來了程式執行時間上的額外開銷。

一般情況下,這個開銷可以忽略不計。但是,如果一個函數內部沒有幾條語句,執行時間本來就非常短,那麼這個函數呼叫產生的額外開銷和函數本身執行的時間相比,就顯得不能忽略了。假如這樣的函數在一個迴圈中被上千萬次地執行,函數呼叫導致的時間開銷可能就會使得程式執行明顯變慢。

作為特別注重程式執行效率,適合編寫底層系統軟體的高階程式設計語言,C++ 用 inline 關鍵字較好地解決了函數呼叫開銷的問題。

在 C++ 中,可以在定義函數時,在返回值型別前面加上 inline 關鍵字。如:
inline int Max (int a, int b)
{
    if(a >b)
        return a;
    return b;
}
增加了 inline 關鍵字的函數稱為“行內函式”。行內函式和普通函數的區別在於:當編譯器處理呼叫行內函式的語句時,不會將該語句編譯成函數呼叫的指令,而是直接將整個函數體的程式碼插人呼叫語句處,就像整個函數體在呼叫處被重寫了一遍一樣。

有了行內函式,就能像呼叫一個函數那樣方便地重複使用一段程式碼,而不需要付出執行函數呼叫的額外開銷。很顯然,使用行內函式會使最終可執行程式的體積增加。以時間換取空間,或增加空間消耗來節省時間,這是計算機學科中常用的方法。

行內函式中的程式碼應該只是很簡單、執行很快的幾條語句。如果一個函數較為複雜,它執行的時間可能上萬倍於函數呼叫的額外開銷,那麼將其作為行內函式處理的結果是付出讓程式碼體積增加不少的代價,卻只使速度提高了萬分之一,這顯然是不划算的。

有時函數看上去很簡單,例如只有一個包含一兩條語句的迴圈,但該迴圈的執行次數可能很多,要消耗大量時間,那麼這種情況也不適合將其實現為行內函式。

另外,需要注意的是,呼叫行內函式的語句前必須已經出現行內函式的定義(即整個數體),而不能只出現行內函式的宣告。