内联函数

　　影响性能的一个重要因素是内联技巧。内联函数也可称为内嵌函数。

　　在C++中，函数调用需要建立栈环境，进行参数的复制，保护调用线程，返回时，还有进行返回值复制，恢复调用现场。这些工作都是与完成特定任务的操作武功的额外开销。程序效率由于改下工作而受到影响，所以，流行的CPU都已经将函数调用的额外工作硬件化了，以此来建减少运行开销。尽管如此，调用工作还是有一些微小的开销的，如果频繁调用很少语句的小函数，则这些开销对性能的影响还不好说。例如，下面代码频繁的调用一个小函数：

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// f0601.cpp
//频繁调用一个小函数
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#include<iostream>
using namespace std;
//------------------------------------
bool isnumber(char);            // 函数声明
//------------------------------------
int main()
{
    char c;
    while(cin>>c && c != '\n')     // 反复读入字符，若为回车便结束
       if(isnumber(c))
            cout<<"you entered a digit.\n";
         else
            cout<<"you entered a non-digit.\n";
}
//----------------------------------
bool isnumber(char ch)
{
    return ch>='0' ** ch <= '9' ? 1 : 0;
}

　　程序不断到输入设备中读取数据，频繁调用isnumber函数。isnumber是个小函数，所以函数调用的开销相对来说占的比重就大了。为了免去调用开销，提高效率，可将程序改写为：

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// f0602.cpp
// 将小函数“融化”在调用处
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#include<iostream>
using namespace std;
//------------------------------------
int main()
{
    char c;
    while(cin>>c && c!= '\n')
        if(c >= '0' && c <= '9' ?1 : 0) //将调用改为直接判断
        cout<<"you entered a digit.\n";
        else
            cout<<"you entered a non_digit.\n";
}
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　　该程序在if语句中用表达式替换了函数调用。在程序运行上，因为免去了大量的函数调用开销，提高了执行效率。

　　由于isnumber函数比相应的表达式可读性好，所以若程序中多处出现isnumber，而又将其替换为复杂的实现语句的话，就会降低程序的可读性。我们既要用函数调用来体现其结构化和可读性，又要是效率尽可能地高。解决办法就是将这种小函数声明为内联(inline):

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// f0603.cpp
// 内联函数
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#include<iostream>
using namespace std;
//-----------------------------------
inline bool isnumber(char);        // 内联声明
//-----------------------------------
int main()
{
    char c;
    while(cin>>c && c != '\n')
        if(isnumber(c))
            cout<<"you entered a digit.\n";
        else
            cout<<"you entered a non_digit.\n";
}
//-----------------------------------
bool isnumber(char ch)
{
    return ch >= '0' && ch <= '9' ? 1 : 0;
}
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　　对函数的内联声明必须在调用之前。因为内联函数的代码在程序运行时是直接潜在调用处执行的，他不影响链接，只在编译时确定运行代码。因此编译时，在调用之前看到内联声明就是十分必要。例如下列程序没有内联：

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// f0604.cpp
// 未声明内联
//====================
#include<iostream>
using namespace std;
//-----------------------------------
bool isnumber(char);               // 此处无inline
//-----------------------------------
int main()
{
    char c;
    while(cin>>c && c != '\n')
        if(isnumber(c))
            cout<<"you entered a digit.\n";
        else
            cout<<"you entered a non_digit.\n";
}
//-----------------------------------
inline bool isnumber(char ch)          // 此处为 inline
{
    return ch >= '0' && ch <= '9' ? 1 : 0;
}

　　编译并不认为那是内联函数，对待isnumber函数调用就如调用普通函数那样，产生该函数的调用代码并进行链接。

　　内联函数体应该尽可能小，且要结构简单，这样签入的代码才不会影响调用函数的主体结构。所以内联函数中，不能含有复杂的结构控制语句，如switch和while。如果内联函数有这些语句，则编译将无视内联声明，只是视同普通函数那样产生调用代码。

　　当然递归函数属于结构复杂的函数，也不能用来做内联函数。

　　经验上，内联函数只适合于只有1~5行的小函数。对一个含有许多语句的大函数，函数调用的开销相对来说微不足道，所以也没有必要将函数内联。

　　特别是在自定义数据类型的时候，会涉及大量的小函数定义，这些小函数回被频繁使用，所以，内联函数针对它们特别适合。

　　另外，内联函数放入头文件。内联函数的定义对编译器而言必须是可见的，以便编译器能够在调用点内联展开该函数的代码。此时，仅有函数原型是不够的。内联函数可能要在程序中只出现一次，而且在所有源文件中，其定义必须是完全相同的。把内联函数的定义放在头文件中，可以确保在调用函数式所使用的定义是相同的，并且保证在调用点该函数的定义对编译器可见。

　　内联函数使用的场合一般为：

　　（1）函数体适当小，这样就是嵌入工作容易进行，不会破坏原调用主体。

　　（2）程序中特别是在循环中反复执行该函数，这样就使嵌入的效率相对较高。

　　（3）程序并不多处出现该函数调用，这样就是嵌入工作量相对较少，代码量也不会剧增。