摘 要：本文著重探究內(nèi)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)與局限性，說明什么情況下應(yīng)該采用、不該采用以及要警惕錯(cuò)用。

關(guān)鍵詞：C語言；C++；內(nèi)聯(lián)函數(shù)

對(duì)比于C語言的函數(shù)，C++增加了重載、內(nèi)聯(lián)、const和virtual四種新機(jī)制。其中重載和內(nèi)聯(lián)機(jī)制既可用于全局函數(shù)也可用于類的成員函數(shù)，const與virtual機(jī)制僅用于類的成員函數(shù)。重載和內(nèi)聯(lián)肯定有其好處才會(huì)被C++語言采納，但是不可以當(dāng)成免費(fèi)的午餐而濫用。

1 用內(nèi)聯(lián)取代宏代碼

C++語言支持函數(shù)內(nèi)聯(lián)，其目的是為了提高函數(shù)的執(zhí)行效率。在C程序中，可以用宏代碼提高執(zhí)行效率。宏代碼本身不是函數(shù)，但使用起來象函數(shù)。預(yù)處理器用復(fù)制宏代碼的方式代替函數(shù)調(diào)用，省去了參數(shù)壓棧、生成匯編語言的CALL調(diào)用、返回參數(shù)、執(zhí)行return等過程，從而提高了速度。使用宏代碼最大的缺點(diǎn)是容易出錯(cuò)，預(yù)處理器在復(fù)制宏代碼時(shí)常常產(chǎn)生意想不到的邊際效應(yīng)。

例如“#define MAX（a，b） （a）>（b）？（a）：（b）”語句“result=MAX（i，j）+2；”將被預(yù)處理器解釋為“result=（i）>（j）？（i）：（j）+2；”由于運(yùn)算符‘+’比運(yùn)算符‘：’的優(yōu)先級(jí)高，所以上述語句并不等價(jià)于期望的“result=（（i）>（j）？ （i）：（j））+2；”。如果把宏代碼改寫為“#define MAX（a，b）（（a）>（b）？（a）：（b））”，則可以解決由優(yōu)先級(jí)引起的錯(cuò)誤。但是即使使用修改后的宏代碼也不是萬無一失的，例如語句“result=MAX（i++，j）；”將被預(yù)處理器解釋為“result=（i++）>（j）？（i++）：（j）；”。對(duì)于C++ 而言，使用宏代碼還有另一種缺點(diǎn)，即無法操作類的私有數(shù)據(jù)成員。

讓我們看看C++的“函數(shù)內(nèi)聯(lián)”是如何工作的。對(duì)于任何內(nèi)聯(lián)函數(shù)，編譯器在符號(hào)表里放入函數(shù)的聲明。如果編譯器沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)聯(lián)函數(shù)存在錯(cuò)誤，那么該函數(shù)的代碼也被放入符號(hào)表里。在調(diào)用一個(gè)內(nèi)聯(lián)函數(shù)時(shí)，編譯器首先檢查調(diào)用是否正確。如果正確，內(nèi)聯(lián)函數(shù)的代碼就會(huì)直接替換函數(shù)調(diào)用，于是省去了函數(shù)調(diào)用的開銷。這個(gè)過程與預(yù)處理有顯著的不同，因?yàn)轭A(yù)處理器不能進(jìn)行類型安全檢查，或者進(jìn)行自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換。假如內(nèi)聯(lián)函數(shù)是成員函數(shù)，對(duì)象的地址會(huì)被放在合適的地方，這也是預(yù)處理器辦不到的。

C++語言的函數(shù)內(nèi)聯(lián)機(jī)制既具備宏代碼的效率，又增加了安全性，而且可以自由操作類的數(shù)據(jù)成員。所以在C++程序中，應(yīng)該用內(nèi)聯(lián)函數(shù)取代所有宏代碼，“斷言assert”恐怕是唯一的例外。assert是僅在Debug版本起作用的宏，它用于檢查“不應(yīng)該”發(fā)生的情況。為了不在程序的Debug版本和Release版本引起差別，assert不應(yīng)該產(chǎn)生任何副作用。如果assert是函數(shù)，由于函數(shù)調(diào)用會(huì)引起內(nèi)存、代碼的變動(dòng)，那么將導(dǎo)致Debug版本與Release版本存在差異。所以assert不是函數(shù)，而是宏。

2 內(nèi)聯(lián)函數(shù)的編程風(fēng)格

關(guān)鍵字inline必須與函數(shù)定義體放在一起才能使函數(shù)成為內(nèi)聯(lián)，僅將inline放在函數(shù)聲明前面不起任何作用。如下風(fēng)格的函數(shù)Foo不能成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)：

inline void Foo（int x， int y）； // inline僅與函數(shù)聲明放在一起

void Foo（int x， int y）

{

…

}

而如下風(fēng)格的函數(shù)Foo則成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)：void Foo（int x， int y）；

inline void Foo（int x， int y）// inline與函數(shù)定義體放在一起

{

…

}

所以說，inline是一種“用于實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵字”，而不是一種“用于聲明的關(guān)鍵字”。一般地，用戶可以閱讀函數(shù)的聲明，但是看不到函數(shù)的定義。盡管在大多數(shù)教科書中內(nèi)聯(lián)函數(shù)的聲明、定義體前面都加了inline關(guān)鍵字，但我認(rèn)為inline不應(yīng)該出現(xiàn)在函數(shù)的聲明中。這個(gè)細(xì)節(jié)雖然不會(huì)影響函數(shù)的功能，但是體現(xiàn)了高質(zhì)量C++/C程序設(shè)計(jì)風(fēng)格的一個(gè)基本原則：聲明與定義不可混為一談，用戶沒有必要、也不應(yīng)該知道函數(shù)是否需要內(nèi)聯(lián)。

定義在類聲明之中的成員函數(shù)將自動(dòng)地成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，例如

class A

{

public：

void Foo（int x， int y） { … } // 自動(dòng)地成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)

}

將成員函數(shù)的定義體放在類聲明之中雖然能帶來書寫上的方便，但不是一種良好的編程風(fēng)格，上例應(yīng)該改成：

// 頭文件

class A

{

public：

void Foo（int x， int y）；

}

// 定義文件

inline void A：：Foo（int x， int y）

{

…

}

3 慎用內(nèi)聯(lián)

內(nèi)聯(lián)能提高函數(shù)的執(zhí)行效率，為什么不把所有的函數(shù)都定義成內(nèi)聯(lián)函數(shù)？但如果所有的函數(shù)都是內(nèi)聯(lián)函數(shù)，還用得著“內(nèi)聯(lián)”這個(gè)關(guān)鍵字嗎？

內(nèi)聯(lián)是以代碼膨脹（復(fù)制）為代價(jià)，僅僅省去了函數(shù)調(diào)用的開銷，從而提高函數(shù)的執(zhí)行效率。如果執(zhí)行函數(shù)體內(nèi)代碼的時(shí)間，相比于函數(shù)調(diào)用的開銷較大，那么效率的收獲會(huì)很少。另一方面，每一處內(nèi)聯(lián)函數(shù)的調(diào)用都要復(fù)制代碼，將使程序的總代碼量增大，消耗更多的內(nèi)存空間。以下情況不宜使用內(nèi)聯(lián)：

⑴如果函數(shù)體內(nèi)的代碼比較長，使用內(nèi)聯(lián)將導(dǎo)致內(nèi)存消耗代價(jià)較高。

⑵如果函數(shù)體內(nèi)出現(xiàn)循環(huán)，那么執(zhí)行函數(shù)體內(nèi)代碼的時(shí)間要比函數(shù)調(diào)用的開銷大。

類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)容易讓人誤解成使用內(nèi)聯(lián)更有效。要當(dāng)心構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)可能會(huì)隱藏一些行為，如“偷偷地”執(zhí)行了基類或成員對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。所以不要隨便地將構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的定義體放在類聲明中。一個(gè)好的編譯器將會(huì)根據(jù)函數(shù)的定義體，自動(dòng)地取消不值得的內(nèi)聯(lián)，這也進(jìn)一步說明了inline不應(yīng)該出現(xiàn)在函數(shù)的聲明中。

C++語言中的內(nèi)聯(lián)展現(xiàn)了很多優(yōu)點(diǎn)，但是這些優(yōu)點(diǎn)的背后都隱藏著一些隱患。正如人們的飲食，少食和暴食都不可取，應(yīng)當(dāng)恰到好處。我們要辨證地看待C++的一些新機(jī)制，應(yīng)該恰如其分地使用它們。雖然這會(huì)使我們編程時(shí)多費(fèi)一些心思，少了一些痛快，但這才是編程的藝術(shù)。