Item 30:理解inline函数的里里外外 Effective C++笔记

C++ inline 模板 虚函数 成员函数 构造函数 析构函数

Item 30: Understanding the ins and outs of lining.

inline(内联)函数的好处太多了:它没有宏的那些缺点,见Item 2:避免使用define;而且不需要付出函数调用的代价。 同时也方便了编译器基于上下文的优化。但inline函数也并非免费的午餐:

它会使得目标代码膨胀,运行时会占用更多的内存,甚至引起缓存页的失效和指令缓存的Miss,这些都会造成运行时性能的下降。 但是另一方面,如果inline函数足够小以至于生成的目标代码比函数调用还小,那么inline函数会产生更小的目标代码以及更高的指令缓存命中率。

本文便来讨论一些典型的适合inline的场景,以及容易误用inline的地方。

声明方式

可能很多开发者不知道,inline只是对编译器的一个请求而非命令。该请求可以隐式地进行也可以显式地声明。

当你的函数较复杂(比如有循环、递归),或者是虚函数时,编译器很可能会拒绝把它inline。因为虚函数调用只有运行时才能决定调用哪个,而inline是在编译器便要嵌入函数体。 有些编译器在dianotics级别编译时,会对拒绝inline给出warning。

隐式的办法便是把函数定义放在类的定义中:

class Person{
    ...
    int age() const{ return _age;}  // 这会生成一个inline函数!
};

例子中是成员函数,如果是友元函数也是一样的。除非友元函数定义在类的外面。

显式的声明则是使用inline限定符:

template<typename T>
inline const T& max(const T& a, const T& b){ return a<b ? b: a;}

模板与inline

可能你也注意到了inline函数和模板一般都定义在头文件中。这是因为inline操作是在编译时进行的,而模板的实例化也是编译时进行的。 所以编译器时便需要知道它们的定义。

在绝大多数C++环境中,inline都发生在编译期。有些环境下也可以在链接时进行inline,尤其在.NET中可以运行时进行inline。

模板实例化和inline是两个过程,如果你的函数需要做成inline的就把它声明为inline(也可以隐式地),否则仍然把它声明为正常的函数。

取函数地址

有些适合inline的函数编译器仍然不能把它inline,比如你要取一个函数的地址时:

inline void f(){}
void (*pf)() = f;

f();        // 这个调用将会被inline,它是个普通的函数调用
pf();       // 这个是通过指针调用的,不会被inline

构造/析构函数

构造析构函数看起来很适合inline,但事实并非如此。我们知道C++会在对象创建和销毁时保证做很多事情,比如调用new时会导致构造函数被调用, 退出作用域时析构函数被调用,构造函数调用前成员对象的构造函数被调用,构造失败后成员对象被析构等等。

这些事情不是平白无故发生的,编译器会生成一些代码并在编译时插入你的程序。比如编译后一个类的构造过程可能是这样的:

Derived::Derived(){
    Base::Base();
    try{ data1.std::string::string(); }
    catch(...){
        Base::Base();
        throw;
    }
    try{ data2.std::string::string(); }
    catch(...){
        data1.std::string::~string();
        Base::~Base();
        throw;
    }
    ...
}

Derived的析构函数、Base的构造和析构函数也是一样的,事实上构造和析构函数会被大量地调用。 如果全部inline的话,这些调用都会被扩展为函数体,势必会造成目标代码膨胀。

如果你是库的设计者,那么你的接口函数的inline特性的变化将会导致客户代码的重新编译。 因为如果你的接口是inline的,那么客户需要将函数体展开编译到客户的目标代码中。

总结

那么我们应当如何决定是否inline呢?最初我们不应inline任何东西,除非它是必须被inline的或者真的是很显然(比如前述的age()方法)。 况且只有20%的代码会决定80%的性能,当我们遇到那20%性能关键的部分时再去inline它不迟!

inline函数也是不易调试的。。因为它被inline了。

  • 最小化inline的使用。
  • 不要因为函数模板在头文件中就要把它inline。
Harttle

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