C++基礎(chǔ)——內(nèi)聯(lián)函數(shù)-創(chuàng)新互聯(lián)

以inline修飾的函數(shù)叫做內(nèi)聯(lián)函數(shù)，編譯時(shí)C++編譯器會(huì)在調(diào)用內(nèi)聯(lián)函數(shù)的地方展開(kāi)，沒(méi)有函數(shù)壓棧的開(kāi)銷，內(nèi)聯(lián)函數(shù)提升程序運(yùn)行的效率

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注意：內(nèi)聯(lián)只是將函數(shù)定義為內(nèi)聯(lián)，相當(dāng)于給了編譯器一種選項(xiàng)，編譯器是否使用內(nèi)聯(lián)完全由編譯器自己決定。一般而言，只要滿足一定要求的函數(shù)才會(huì)使用內(nèi)聯(lián)?

我們通過(guò)查看反匯編的形式來(lái)觀察內(nèi)聯(lián)函數(shù)和非內(nèi)聯(lián)函數(shù)在底層的實(shí)現(xiàn)，假定我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)加法函數(shù)Add(int int)如下所示

int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}

int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;

    int ret = Add(a, b);

    return 0;
}

此時(shí)未加inline關(guān)鍵字，使用g++編譯這段代碼并使用objdump查看反匯編得到匯編為

0000000000400521
:
  400521:	55                   	push   %rbp             // %rbp入棧，保存上一個(gè)棧幀的棧底地址
  400522:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp        // %rsp值給%rbp，%rbp保存當(dāng)前棧幀棧底地址
  400525:	48 83 ec 10          	sub    $0x10,%rsp       // %rsp-0x10，為main函數(shù)開(kāi)辟16個(gè)字節(jié)棧幀
  400529:	c7 45 fc 0a 00 00 00 	movl   $0xa,-0x4(%rbp)  // 將10 保存在棧底-4地址處
  400530:	c7 45 f8 14 00 00 00 	movl   $0x14,-0x8(%rbp) // 將20 保存在占地-8位置處
  400537:	8b 55 f8             	mov    -0x8(%rbp),%edx  // 將20 保存到寄存器%edx內(nèi)
  40053a:	8b 45 fc             	mov    -0x4(%rbp),%eax  // 將10 保存到寄存器%eax內(nèi)
  40053d:	89 d6                	mov    %edx,%esi        // 將20 傳遞到寄存器%esi內(nèi)作為第二個(gè)參數(shù)
  40053f:	89 c7                	mov    %eax,%edi        // 將10 傳遞到寄存器%edi內(nèi)作為第一個(gè)參數(shù)
  400541:	e8 c7 ff ff ff       	callq  40050d<_Z3Addii>// call函數(shù)Add實(shí)現(xiàn)函數(shù)調(diào)用
  400546:	89 45 f4             	mov    %eax,-0xc(%rbp)  // 將%eax中的結(jié)果(由Add返回)保存到棧上(ret)
  400549:	b8 00 00 00 00       	mov    $0x0,%eax        // 將0傳入%eax作為main函數(shù)返回值
  40054e:	c9                   	leaveq                  // 恢復(fù)%rsp和%rbp
  40054f:	c3                   	retq
000000000040050d<_Z3Addii>:
  40050d:	55                   	push   %rbp            // 將main函數(shù)的棧底地址入棧
  40050e:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp       // %rsp保存當(dāng)前棧底
  400511:	89 7d fc             	mov    %edi,-0x4(%rbp) // 將參數(shù)一入棧
  400514:	89 75 f8             	mov    %esi,-0x8(%rbp) // 將參數(shù)二入棧
  400517:	8b 45 f8             	mov    -0x8(%rbp),%eax // 將參數(shù)二保存到寄存器%eax
  40051a:	8b 55 fc             	mov    -0x4(%rbp),%edx // 將參數(shù)一保存到寄存器%edx
  40051d:	01 d0                	add    %edx,%eax       // 完成 10 + 20，并將結(jié)果保存到%eax中
  40051f:	5d                   	pop    %rbp            // 從棧中彈出main函數(shù)棧底地址并保存到%rbp
  400520:	c3                   	retq                   // 從棧中彈出返回地址并返回main

可以看到，對(duì)于普通的函數(shù)調(diào)用，會(huì)使用call指令去調(diào)用位于40050d處的<_Z3Addii>，此時(shí)會(huì)為函數(shù)Add開(kāi)辟棧幀，會(huì)帶來(lái)一定的開(kāi)銷

接著看一下inline版本的Add函數(shù)，由于g++默認(rèn)不使用內(nèi)聯(lián)，需要我們做一些處理

inline int Add(int left, int right) __attribute__((always_inline));

inline int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}

int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;

    int ret = Add(a, b);

    return 0;
}

將 __attribute__((always_inline))加在聲明后，可以強(qiáng)制g++編譯器使用內(nèi)聯(lián)

同樣使用objdump獲得反匯編如下，并且所得到的反匯編內(nèi)<_Z3Addii>已經(jīng)不存在了

000000000040064d
:
  40064d:	55                   	push   %rbp
  40064e:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp
  400651:	c7 45 fc 0a 00 00 00 	movl   $0xa,-0x4(%rbp)    // 10 保存到棧上(rbp-4)a
  400658:	c7 45 f8 14 00 00 00 	movl   $0x14,-0x8(%rbp)   // 20 保存到棧上(rbp-8)b
  40065f:	8b 45 fc             	mov    -0x4(%rbp),%eax    // 10 保存到寄存器%eax內(nèi)
  400662:	89 45 f0             	mov    %eax,-0x10(%rbp)   // 將10保存到棧上(rbp-16)left
  400665:	8b 45 f8             	mov    -0x8(%rbp),%eax    // 20 保存到寄存器%eax內(nèi)
  400668:	89 45 ec             	mov    %eax,-0x14(%rbp)   // 將20保存到棧上(rbp-20)right
  40066b:	8b 45 ec             	mov    -0x14(%rbp),%eax   // 將20保存到寄存器%eax內(nèi)
  40066e:	8b 55 f0             	mov    -0x10(%rbp),%edx   // 將10保存到寄存器%edx內(nèi)
  400671:	01 d0                	add    %edx,%eax          // 10 + 20，將結(jié)果保存到%eax
  400673:	89 45 f4             	mov    %eax,-0xc(%rbp)    // 將結(jié)果保存到棧上(rbp-12)ret
  400676:	b8 00 00 00 00       	mov    $0x0,%eax          // 將0傳入%eax作為main函數(shù)返回值
  40067b:	5d                   	pop    %rbp               // 恢復(fù)%rbp
  40067c:	c3                   	retq

使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)之后，原先的函數(shù)調(diào)用的操作直接在當(dāng)前函數(shù)的棧幀內(nèi)進(jìn)行，實(shí)際上在棧上為參數(shù)a、b創(chuàng)建了一份副本，整個(gè)的函數(shù)棧幀為

  • inline是一種以空間換時(shí)間的做法，如果編譯器將函數(shù)當(dāng)成內(nèi)聯(lián)函數(shù)處理，在編譯階段，會(huì)用函數(shù)體替換函數(shù)調(diào)用，缺陷：可能會(huì)使目標(biāo)文件變大，優(yōu)勢(shì)：少了調(diào)用開(kāi)銷，提高程序運(yùn)行效率
  • inline對(duì)于編譯器而言只是一個(gè)建議，不同編譯器關(guān)于inline實(shí)現(xiàn)機(jī)制可能不同，一般建議：將函數(shù)規(guī)模較小(即函數(shù)不是很長(zhǎng)，具體沒(méi)有準(zhǔn)確的說(shuō)法，取決于編譯器內(nèi)部實(shí)現(xiàn))、不是遞歸、頻繁調(diào)用的函數(shù)采用inline修飾，否則編譯器會(huì)忽略inline特性
  • inline不建議聲明和定義分離，分離會(huì)導(dǎo)致鏈接錯(cuò)誤。因?yàn)閕nline被展開(kāi)，就沒(méi)有函數(shù)地址了，鏈接就會(huì)找不到

因此，在C語(yǔ)言中使用的宏函數(shù)，建議在C++中使用inline進(jìn)行代替?

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新聞名稱：C++基礎(chǔ)——內(nèi)聯(lián)函數(shù)-創(chuàng)新互聯(lián)
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