Funkcje inline

1. Co to jest funkcja inline?

Funkcja inline to funkcja, dla której sugerujemy kompilatorowi, aby zastąpił jej wywołania bezpośrednio kodem funkcji, czyli dokonał rozwinięcia funkcji (inlining).

Celem jest eliminacja narzutu wywołania funkcji:

przekazywania argumentów,
skoku do innego miejsca w pamięci,
powrotu.

Funkcję inline oznaczamy słowem kluczowym:

2. Ważne: `inline` to tylko sugestia!

Współczesny kompilator NIE MUSI wstawić funkcji inline. Może to zrobić, ale może też zignorować słowo kluczowe, jeśli:

funkcja jest zbyt duża,
zbyt skomplikowana,
zawiera pętle, warunki lub rekurencję,
kompilator uzna, że inlining pogorszyłby wydajność.

C++ traktuje inline przede wszystkim jako dyrektywę linkera, a dopiero potem jako wskazówkę optymalizacyjną.

3. Co tak naprawdę oznacza `inline`?

Główna funkcja `inline` w C++

Umożliwia definiowanie tej samej funkcji w wielu plikach nagłówkowych bez błędu linkera "multiple definition".

Czyli:

funkcja inline może być zdefiniowana w headerze (.h)
i używana w wielu plikach .cpp
bez naruszania zasady One Definition Rule (ODR).

To najważniejsze znaczenie inline we współczesnym C++.

4. Przykład funkcji inline

Po rozwinięciu kompilator mógłby wygenerować kod:

Bez żadnego wywołania funkcji.

5. Gdzie definiuje się funkcje inline?

Jeśli funkcja ma być inline, zwykle umieszcza się ją w pliku nagłówkowym:

Dlaczego? Bo tylko wtedy inlining ma sens i kompilator widzi definicję funkcji podczas kompilacji innych modułów.

6. Kiedy inline nie zadziała?

Kompilator zignoruje inlining, gdy funkcja:

jest zbyt długa,
zawiera pętle lub rekursję,
jest zbyt skomplikowana,
generuje zbyt dużo kodu,
używana byłaby w wielu miejscach i inline spowodowałoby wzrost rozmiaru programu (code bloat).

Przykład, którego raczej nie wstawi:

7. Inline a funkcje rekurencyjne

Funkcje rekurencyjne nie mogą być sensownie inline, bo:

rekurencja wymaga wywołania funkcji samej siebie,
kompilator nie może jej w pełni rozwinąć.

Dlatego:

8. Inline a makra – różnice

Makro:

wstawiane ślepo przez preprocesor
brak kontroli typów
możliwe błędy, efekty uboczne

Przykład błędu:

Funkcja inline:

typy są sprawdzane
brak efektów ubocznych
zachowuje się jak normalna funkcja

Wniosek: Funkcje inline są bezpieczniejszą alternatywą dla makr.

9. Zalety funkcji inline

1. Eliminacja narzutu wywołań funkcji

Szybsze działanie w małych funkcjach.

2. Możliwość definiowania funkcji w plikach nagłówkowych

Bez błędów linkera.

3. Bezpieczeństwo typów

W przeciwieństwie do makr.

4. Możliwość optymalizacji przez kompilator

Nowoczesne kompilatory same decydują, czy inline się opłaca.

10. Wady i ograniczenia inline

1. Code bloat – puchnięcie kodu

Zbyt wiele wstawek inline zwiększa rozmiar programu.

2. Nie zawsze działa

To sugestia, nie nakaz.

3. Nie działa dobrze z funkcjami dużymi / skomplikowanymi

Kompilator to zignoruje.

4. Może utrudniać debugowanie

Bo krok po kroku debugger nie „wejdzie” do funkcji rozwiniętej inline.

11. `inline` a metody w klasach

Każda metoda zdefiniowana wewnątrz klasy jest automatycznie inline:

Jeśli nie chcesz inline, przenieś definicję do .cpp.

12. Podsumowanie

Funkcje inline w C++:

eliminują narzut wywołania funkcji
pozwalają definiować funkcje w plikach nagłówkowych
są bezpieczniejsze niż makra
są tylko SUGESTIĄ dla kompilatora
nadużywanie może prowadzić do spuchnięcia kodu
nie nadają się do dużych funkcji i rekurencji