C++ 内联函数

把代码封装成函数可以让程序结构更加清晰，但在计算机底层，每次调用普通函数都会有一点额外开销。程序需要先暂停当前位置的执行，跳转到函数所在的位置去运行函数体，执行完以后再跳回原来的地方。

对于大多数函数来说，这点跳转时间微不足道。但如果一个函数只有一两行代码，却在循环里被连续调用成千上万次，来回跳转花掉的时间甚至比执行代码本身还要长。为了省去这种短小函数的跳转开销，C++ 提供了 “内联函数（inline function）”。

什么是内联函数？

在 C++ 中，如果我们在定义函数时把 inline 关键字写在返回类型前面，这个函数就叫做 “内联函数”。其中，inline 的英文意思就是 “在行内展开”。

语法：

inline 返回类型 函数名(参数列表) {
    // 函数体
}

说明：

内联函数的工作原理非常直观。编译器在编译源代码时，一旦遇到内联函数的调用，不会生成普通的 “函数跳转指令”，而是直接把函数体内部的代码复制到调用处。

这样一来，程序在运行时就不需要来回跳转了，而是像顺序执行普通代码一样直接往下走。接下来，我们通过两个简单的例子来看看内联函数是如何使用的。

示例 1：定义并使用内联函数

#include <iostream>

// 返回两个整数中的较大值
inline int getMax(int a, int b) {
    return a > b ? a : b;
}

int main() {
    int res1 = getMax(10, 20);
    int res2 = getMax(35, 15);

    std::cout << "res1 = " << res1 << '\n';
    std::cout << "res2 = " << res2 << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

res1 = 20
res2 = 35

分析：

在这个例子中，我们在 getMax() 函数的返回类型前面加上了 inline 关键字，函数内部使用三元运算符比较并返回 a 和 b 中的较大值。

在编译阶段，编译器会把调用内联函数的地方直接替换为函数体内部的代码。对于这个例子来说，main() 函数中的两行调用在编译后就相当于执行了下面的代码：

int main() {
    // 原地展开函数体代码
    int res1 = (10 > 20 ? 10 : 20);
    int res2 = (35 > 15 ? 35 : 15);

    std::cout << "res1 = " << res1 << '\n';
    std::cout << "res2 = " << res2 << '\n';
    return 0;
}

从上面可以看出，使用内联函数后，我们在编写代码时依然保留了 getMax(10, 20) 这样清晰好读的函数调用形式，而在程序实际运行时又省去了来回跳转的开销。

内联函数最典型的使用场景，就是在循环内部被反复调用的简短计算函数。下面我们再来看一个计算整数平方的例子。

示例 2：在循环中调用内联函数

#include <iostream>

// 计算整数的平方
inline int getSquare(int x) {
    return x * x;
}

int main() {
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        std::cout << i << " 的平方是：" << getSquare(i) << '\n';
    }
    return 0;
}

运行结果如下。

1 的平方是：1
2 的平方是：4
3 的平方是：9
4 的平方是：16
5 的平方是：25

分析：

getSquare(i) 在循环里被连续调用了 5 次。由于 getSquare() 是内联函数，编译器会在循环体内部直接将 getSquare(i) 展开为 i * i，避免了每次循环都要发生一次函数跳转。

内联函数的适用场景与注意事项

既然内联函数能省去跳转开销，那我们干脆给所有函数都加上 inline 不就行了吗？其实并非如此，因为内联函数本质上是 “以空间换时间”。

普通函数的代码在内存中只存一份，哪怕你在 100 个地方调用它，也是每次跳转到同一个位置去执行。而内联函数每被调用一次，编译器就会把函数体原地复制一份。如果把几十行的长函数设为内联并到处调用，展开后就会多出大量重复指令。这样会让生成的可执行程序体积明显变大，通常称为 “代码膨胀”。

因此，我们需要根据函数的代码长度与内部结构来判断是否适合加 inline，常见情况如下表所示。

此外，在使用内联函数时，小伙伴们还要注意以下 2 个语法规则：

• inline 只是给编译器的建议：写下 inline 并不是强制命令。如果我们给几十行的长函数、带复杂循环的函数或上一节学过的递归函数加上 inline，编译器会自动忽略它并按普通函数处理，不会导致编译报错。
• 通常在调用前直接写出完整定义：普通函数可以先把函数声明放在前面、把函数定义放在后面。但内联函数在被调用时，编译器必须立刻看到完整的函数体代码才能原地替换。因此我们通常直接在调用处前面写出内联函数的完整定义，不再单独拆开写声明。