[Effective C++ --030]透彻了解inlining的里里外外

引言  inline函数

在函数声明或定义中函数返回类型前加上关键字inline即把min（）指定为内联。

inline函数对编译器而言必须是可见的，以便它能够在调用点内展开该函数。与非inline函数不同的是，inline函数必须在调用该函数的每个文本文件中定义。当然，对于同一程序的不同文件，如果inline函数出现的话，其定义必须相同。

为保证不会发生这样的事情，建议把inline函数的定义放到头文件中。在每个调用该inline函数的文件中包含该头文件。这种方法保证对每个inline函数只有一个定义，且程序员无需复制代码，并且不可能在程序的生命期中引起无意的不匹配的事情。

第一节 C++ inline函数的使用

inline函数，可以调用它们而又不需蒙受函数调用所招致的额外开销。

当你inline某个函数，或许编译器就因此又能力对它（函数本体）执行语境相关最优化。
然而，inline函数背后的整体观念是，将“对此函数的每一个调用”都已函数本体替换之，这样做可能增加你的目标码（object code）大小。在内存有限的机器上，过度inline会造成程序体积太大，导致换页行为，降低缓存的命中率等一些带来效率损失的行为。
如果inline函数的本体很小，编译器针对“函数本体”所产生的码可能比针对“函数调用”所产出的码更小。将函数inline可以导致更小的目标码，从而提高效率。

1.inline函数的声明：

inline只是对编译器的一个申请，不是强制命令。这种申请可以隐喻提出也可以明确提出。

隐喻方式：

 class Person{
 public:
     ...
     int age() const {return theAge;}               //一个隐喻的inline申请
     ...
 private:
     int theAge;
 };

明确声明：

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

inline函数通常放置在头文件内，因为大多数建置环境（build environments）在编译过程中进行inlining，为了将“函数调用”替换为“被调用函数的本体”，编译器必须知道那个函数长什么样子。

templates 通常也被置于头文件内，因为他一旦被引用，编译器（在编译期）为了将它具现化，需要知道它长什么样子。如果template没有理由要求它所具现的每个函数都是inlined，就应该避免将这个template声明为inline（不论显式还是隐式）。

2.inlining与virtual

大部分编译器拒绝将太过复杂（带有循环或递归）的函数inlining，而所有对virtual函数的调用也都会使inlining落空。因为：

inline:执行前，先将调用动作替换为被调用函数的本体

virtual:等待，直到运行期才确定调用哪个函数

有时，虽然编译器有意愿inlining某个函数，还是可能为该函数生成一个函数本体。例如，如果程序要取某个inline函数的地址，编译器通常必须为此函数生成一个outlined函数本体。编译器通常不对“通过函数指针而进行的调用”实施inlining，这意味着对inline函数的调用有可能inlined，也可能不被inlined：

 inline void f(){…}      //假设编译器有意愿inline“对f的调用”
 void (*pf)() = f;
 f();                    //这个调用将被inlined，因为是一个正常调用
 pf();                   //这个调用或许不被inlined，因为通过指针达成

即时你从未使用函数指针，“未被成功inlined”的inline函数还是有可能缠住你，因为程序猿并非唯一要求函数指针的人！有时候编译器会生成构造函数和析构函数的outlined副本，如此一来他们就可以获得指针指向那些函数吗，在array内部元素的构造和析构过程中使用。

3.inline与构造/析构函数

实际上构造函数和析构函数往往都是inlining的糟糕候选人。

 class base {
 public:
     ...
 private:
     std::string bm1, bm2;
 };

 class Derived : public Base {
 public:
     Derived(){}                     //Derived 构造函数是空的 是吗?
     ...
 private:
     std::string dm1, dm2, dm3;
 };

这个构造函数看起来是inlining的绝佳候选人，因为他根本不含任何代码，但是你的眼睛会欺骗你！

c++对于“对象被创建和被销毁时发生什么事”做了各式各样的保证。编译器为稍早说的那个表面上看起来是空的Derived构造函数所产生的代码，相当于以下所列：

 Derived::Derived()
 {
    Base::Base();
     try{dm1.std::string::string();}
     catch(...){
         Base::~Base();
         throw;
     }
     try{dm2.std::string::string();}
     catch(...){
         dm1.std::string::~string();
         Base::~Base();
         throw;
     }
     try{dm3.std::string::string();}
     catch(...){
         dm2.std::string::~string();
         dm1.std::string::~string();
         Base::~Base();
         throw;
     }
 }

这段代码并不能代表编译器真正制造出来的代码，但是不论编译器在其内所做的异常处理多么精致复杂，Derived构造函数至少一定会陆续调用其成员变量和base class两者的构造函数，而那些调用（它们自身也可能被inlined）会影响编译器是否对此空白函数inlining。

相同的理由也适用于Base构造函数。

程序库设计者必须评估“将函数声明为inline”的冲击：inline函数无法随着程序库的升级而升级。f是程序库内的一个inline函数，客户将“f函数本体”编进其程序中，一旦程序库设计者决定改变f，所有用到f的客户端程序都必须重新编译。然而若f是non-inline函数，客户端只要重新连接就好了，如果是程序库采用动态链接，升级后的函数甚至可以不知不觉的被应用程序吸纳。
从实用观点出发，大部分调试器对inline函数都束手无策。

◆总结

1.将大多数inlining限制在小型及被频繁调用的函数身上。这可使日后的调试过程和二进制升级(binary upgradability)更容易，也可使潜在的代码膨胀问题最小化，使程序的速度提升机会最大化。

2.不要只因为function templates出现在头文件，就将它们声明为inline。