【知識點】inline函式、回撥函式、普通函式

李春港發表於2021-07-12
inline函式

目錄

一、inline行內函數

特徵

  • 相當於把行內函數裡面的內容寫在呼叫行內函數處；
  • 相當於不用執行進入函式的步驟，直接執行函式體；
  • 相當於巨集，卻比巨集多了型別檢查，真正具有函式特性；
  • 編譯器一般不內聯包含迴圈、遞迴、switch 等複雜操作的行內函數；
  • 在類宣告中定義的函式，除了虛擬函式的其他函式都會自動隱式地當成行內函數；
  • 內聯關鍵字是在編譯時建議編譯器內聯，是不是行內函數取決於編譯器，一個好的編譯器將會根據函式的定義體，自動地取消不值得的內聯（是否內聯：1、可以通過多次呼叫函式，檢視執行檔案大小，如果變大了，就證明是行內函數；2、通過反彙編檢視資料）。

1.1 使用

  • inline是一種“用於實現的關鍵字”，而不是一種“用於宣告的關鍵字”，也就是說，如果只在生命中使用inline是沒有用的，若要成為inline函式必須在定義函式的時候新增該關鍵字。在宣告中加不加inline關鍵字都沒關係，但是為了閱讀方便，還是建議宣告和定義都加上；
  • C++在類中定義函式的時候，當函式不包含迴圈、遞迴、switch 等複雜操作時，編譯器會進行隱式內聯。
  • C++在類外定義函式，因為與非inline函式不同：inline函式對編譯器而言必須是可見的，以便它能夠在呼叫點展開該函式，inline函式必須在呼叫該函式的每個文字檔案中定義。所以行內函數的宣告和定義建議都放在同一個標頭檔案，這樣另一個.cpp檔案#include該標頭檔案的時候，就把該行內函數的定義也包含進來了，這就可以正常使用行內函數了。

宣告

// 宣告1（加 inline，建議使用）
inline int functionName(int first, int second,...);

定義

// 定義
inline int functionName(int first, int second,...) {/****/};

類內定義

// 類內定義，隱式內聯
class A {
int doA() { return 0; } // 隱式內聯
}

類外定義

// 類外定義，需要顯式內聯
class A {
int doA();
}
inline int A::doA() { return 0; } // 需要顯式內聯

1.2 編譯器對 inline 函式處理步驟

  1. 將 inline 函式體複製到 inline 函式呼叫點處；
  2. 為所用 inline 函式中的區域性變數分配記憶體空間；
  3. 將 inline 函式的的輸入引數和返回值對映到呼叫方法的區域性變數空間中；
  4. 如果 inline 函式有多個返回點，將其轉變為 inline 函式程式碼塊末尾的分支（使用 GOTO）。

1.3 優缺點

1.3.1 優點

  • 行內函數同巨集函式一樣將在被呼叫處進行程式碼展開，省去了引數壓棧、棧幀開闢與回收，結果返回等，從而提高程式執行速度。
  • 行內函數相比巨集函式來說，在程式碼展開時，會做安全檢查或自動型別轉換（同普通函式），而巨集定義則不會。
  • 在類中宣告同時定義的成員函式，自動轉化為行內函數，因此行內函數可以訪問類的成員變數，巨集定義則不能。
  • 行內函數在執行時可除錯，而巨集定義不可以。

1.3.2 慎用內聯

  • 內聯是以程式碼膨脹為代價，僅僅是省去了函式呼叫的開銷，從而提高了函式的執行效率。如果執行函式體內程式碼的時間，相比於函式呼叫的開銷較大，那麼效率的收穫會很小。另一個方面，每一處行內函數呼叫都要複製程式碼，將使程式總程式碼量增大，消耗更多的記憶體空間。
  • 類的建構函式和解構函式容易讓人誤解成使用行內函數更有效。要當心建構函式和解構函式可能會隱藏一些行為，如”偷偷地“執行基類或成員物件的建構函式和解構函式。所以不要隨便地將建構函式和解構函式的定義體放在類的定義中。

1.3.3 不宜使用內聯

  • 如果函式體內的程式碼比較長，使用內聯將導致記憶體消耗代價比較高；
  • 如果函式體內出現迴圈，那麼執行函式體內程式碼的時間要比函式呼叫的開銷大；

1.4 虛擬函式（virtual）可以是行內函數（inline）嗎？

  • 虛擬函式可以是行內函數，內聯是可以修飾虛擬函式的，但是當虛擬函式表現多型性的時候不能內聯。
  • 內聯是在編譯器建議編譯器內聯，而虛擬函式的多型性在執行期，編譯器無法知道執行期呼叫哪個程式碼，因此虛擬函式表現為多型性時（執行期）不可以內聯。
  • inline virtual 唯一可以內聯的時候是：編譯器知道所呼叫的物件是哪個類（如 Base::who()），這隻有在編譯器具有實際物件而不是物件的指標或引用時才會發生。

如下例程：

#include <iostream>
using namespace std;
class Base
{
    public:
    inline virtual void who()
    {
        cout << "I am Base\n";
    }
    virtual ~Base() {}
};
    
class Derived : public Base
{
    public:
    inline void who() // 不寫inline時隱式內聯
    {
        cout << "I am Derived\n";
    }
};

int main()
{
// 此處的虛擬函式 who()，是通過類（Base）的具體物件（b）來呼叫的，編譯期間就能確定了，所以它可以是內聯的，但最終是否內聯取決於編譯器。
Base b;
b.who();

// 此處的虛擬函式是通過指標呼叫的，呈現多型性，需要在執行時期間才能確定，所以不能為內聯。
Base *ptr = new Derived();
ptr->who();

// 因為Base有虛解構函式（virtual ~Base() {}），所以 delete 時，會先呼叫派生類（Derived）解構函式，再呼叫基類（Base）解構函式，防止記憶體洩漏。
delete ptr;
ptr = nullptr;

system("pause");
return 0;
}

二、回撥函式和普通函式

更詳細的回撥函式理解可以檢視本地的這個文章【【知識點】10張圖讓你徹底理解回撥函式】

2.1 什麼是回撥函式？

把a函式指標像引數傳遞那樣傳給b函式，而這個a函式會在某個時刻被b函式呼叫執行，這就叫做回撥，a函式稱為回撥函式。如果回撥函式立即被執行就稱為同步回撥，如果在之後晚點的某個時間再執行，則稱之為非同步回撥。

2.2 為什麼要使用回撥函式？

先丟擲答案：回撥函式的好處和作用，那就是解耦，對，就是這麼簡單的答案，就是因為這個特點，普通函式代替不了回撥函式。

如下程式碼：

int Callback_1()
{
    printf("Hello");
    printf("This is Callback_1 "); 
    return 0;
}

int Callback_2() 
{
    printf("Hello");
    printf("This is Callback_2 ");    
    return 0;
}

發現以上程式碼是可以解耦的，因為兩個函式都執行了printf("Hello")，這個時候我們可以通過回撥的方式進行解耦，如下：

#include<stdio.h>

int Callback_1()    // Callback Function 1
{
    printf("This is Callback_1 "); 
    return 0;
}

int Callback_2()    // Callback Function 2
{    
    printf("This is Callback_2 ");    
    return 0;
}

int Handle(int (*Callback)())
{    
    printf("Entering Handle Function. ");    
    Callback();    
    printf("Leaving Handle Function. ");
}

int main()
{    
    printf("Entering Main Function. ");    
    Handle(Callback_1);    
    Handle(Callback_2);  
    printf("Leaving Main Function. ");    
    return 0;
}

像這樣我們就減少了重複程式碼啦，也就是解耦。這是使用普通函式呼叫無法做到的。

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