C语言基础-内联函数在头文件中的定义

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前言

inline关键字



优点

缺点

使用注意


头文件中定义函数

内联函数在头文件中的定义

总结

前言

在软件开发过程中，大家可能很少会遇到inline关键字，也可能很少见到头文件中定义函数体。没有用过不代表不能了解，菜就多练！哈哈哈~本文学习一下inline关键字，及在头文件中的使用。
inline关键字

在高质量C++/C 编程指南中，有很好的说明inline关键字：inline是一种“用于实现的关键字”，而不是一种“用于声明的关键字”。意思就是说应该在函数定义时使用inline关键字来指示该函数为内联函数，在声明时没有必要再使用inline。

优点

使用inline关键的优点：
1.提高性能：内联函数的主要目的是减少函数调用的开销，包括传递参数、保存和恢复现场、跳转回原地址等。当函数非常小并且频繁调用时，将其内联化可以显著提升程序的运行速度。
2.提高代码可读性：对于简单的小函数，内联后可以避免函数调用堆栈，使得代码逻辑更加直观，特别是在嵌入式系统或者对性能要求极高的场景下。
缺点

1.代码膨胀：内联函数会导致最终生成的目标代码体积增大，尤其是在函数体较大或者函数被多次调用的情况下，可能导致存储空间占用增加以及可能影响内存管理（比如增加分页数量）。
2.不利于模块化和维护：内联函数的代码会分散到各个调用点，这可能使得代码更难以理解和维护，特别是当函数体发生变化时，所有包含此内联函数的调用点都需要重新编译。
3.限制了编译器优化：编译器在独立的函数中可以进行更多的优化，如循环展开、寄存器分配等，内联后可能会影响这些优化效果。
使用注意

有了上述优缺点，我们可以得到何时使用内联：
函数非常小并且频繁调用时
以下情况不适合使用内联：
（1）如果函数体内的代码比较长，使用内联将导致内存消耗代价较高。
（2）如果函数体内出现循环，那么执行函数体内代码的时间要比函数调用的开销大。
inline定义的函数一定会成为内联函数吗？答：不一定。编译器根据自身的优化策略判断是否真的进行内联处理
头文件中定义函数

大家一般的认知应该是函数在源文件中定义，头文件中声明。那为什么头文件中不建议定义函数？
如果一个头文件定义了一个函数，而该头文件又被多个源文件包含时，在预处理时头文件展开，每个文件都有了一个该函数的定义，因为编译时是分隔的，所以到链接时，将所有文件关联在一起时，发现每个包含了该头文件的文件中有一个相同函数的定义，编译器就会报出重定义的错误。
所以在头文件中尽量不要进行函数的定义，只对其进行声明。否则如果有多个源文件链接时会报错
内联函数在头文件中的定义

回到本文标题，为什么内联函数要定义在头文件中？inline函数（即内联函数）对编译器而言必须是可见的，以便能够在调用点展开该函数，与非inline函数不同的是，inline函数必须在调用该函数的每个文件中定义。（也就是所谓的代码膨胀）
正因为如此，建议把inline函数的定义放到头文件中，在每个调用该inline函数的文件中包含该头文件。这种方法保证了每个inline函数只有一个定义，且程序员无需复制代码，并且不可能在程序的生命周期中引起无意的不匹配的事情。
当头文件中定义了内联函数，且编译器编译为了内联函数，则源文件中包含该头文件后，对应的函数代码将会在该源文件中自动被复制。
可能有在思考的同学又会有疑问了（如果你没想到这个问题，我也不怪你）
函数是否真的内联是由编译器决定的，若软件开发者在头文件中定义了内联函数，而编译器却又未执行内联处理，那在多个源文件包含时不就又会报重定义的错误吗？
答：如果是单纯的只定义inline关键字，确实是有可能会出现这种情况的。所以一般在定义内联函数时，除了inline之外，还会在前面加上static关键字，成为LOCAL_INLINE，有了static关键字的存在，即使编译器没有将定义的inline函数进行inline处理，也不会出现重定义的错误。
总结

如果函数真的成了inline函数，那么在调试过程中，将无法通过打断点的方式调试该函数执行过程。如果想要方便调试inline函数，一般可以通过禁用编译器优化，不执行内联。例如，在Greenhills中，可以通过配置-Omaxdebug来实现。