在 C/C++ 編程中，函數調用雖然帶來了代碼復用和可讀性提升，但頻繁調用小型函數可能會產生額外的調用開銷（call overhead），比如棧幀的建立與銷毀、參數傳遞等。
為了減少這種開銷，C++ 引入了 inline（內聯函數） 關鍵字，允許編譯器在調用點直接展開函數的實現，從而避免函數調用過程。

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1. 基本概念

內聯函數（Inline Function） 指的是編譯器在編譯階段，將該函數的調用位置替換為函數體代碼（類似宏展開，但保留類型檢查和作用域等特性）。

寫法通常如下：

inline int add(int a, int b) {return a + b;
}int main() {int x = add(2, 3); // 編譯器可能直接展開為 int x = 2 + 3;
}

要點：

• inline 是對編譯器的建議，編譯器可以忽略它，不必強制內聯。
• 內聯發生在編譯階段，不是運行時。

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2. 作用

1. 減少函數調用開銷
   • 適合簡單、調用頻繁的函數。
2. 提高運行效率
   • 避免多次進入和返回棧操作。
3. 保留類型安全
   • 相比宏定義，inline 函數有參數類型檢查，且作用域清晰。
4. 可在頭文件定義
   • 多個文件包含時避免重復定義鏈接錯誤。

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3. 使用方法

3.1 語法

inline 返回類型 函數名(參數列表) {// 函數體
}

• 定義位置：通常放在頭文件中（若多個源文件調用）。
• 聲明與定義必須一致：可寫為 inline int add(int, int); 聲明，定義也要帶 inline。

3.2 在類內定義的成員函數自動內聯

class Math {
public:int add(int a, int b) { return a + b; } // 自動視為 inline
};

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4. 適用場景

• 適合內聯的函數：
  • 短小精悍（1~5 行）
  • 無復雜控制流（循環、遞歸等）
  • 被頻繁調用
• 不適合內聯的函數：
  • 函數體過大（會增加可執行文件體積）
  • 含遞歸調用（可能導致編譯器拒絕內聯）
  • 涉及復雜指令或系統調用

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5. 注意事項

1. 只是建議
   inline 只是編譯優化提示，最終是否內聯由編譯器決定。

2. 可能增大代碼體積（代碼膨脹）

   • 大型函數多處展開，會增加生成代碼的大小，可能降低指令緩存命中率。

3. 遞歸函數不能完全內聯

   • 大多數編譯器遇到遞歸會拒絕內聯。

4. ODR（One Definition Rule）規則

   • inline 函數必須在每個引用它的翻譯單元中定義相同的實現。
   • 因此一般放在頭文件中定義。

5. 調試困難

   • 內聯展開的函數在調試時可能看不到傳統的函數調用棧信息。

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6. 示例代碼

6.1 普通 inline 函數

#include <iostream>
inline int square(int x) {return x * x;
}int main() {int a = 5;std::cout << square(a) << std::endl; // 可能直接展開為 a*areturn 0;
}

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6.2 類成員的內聯函數

#include <iostream>
class Point {
public:Point(int x, int y) : x(x), y(y) {}int getX() const { return x; } // 自動內聯int getY() const { return y; } // 自動內聯
private:int x, y;
};int main() {Point p(3, 4);std::cout << p.getX() << "," << p.getY() << std::endl;
}

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6.3 與宏的對比

#include <iostream>
#define SQUARE_MACRO(x) ((x) * (x))    // 宏
inline int square_inline(int x) { return x * x; }  // 內聯函數int main() {std::cout << SQUARE_MACRO(3 + 1) << std::endl;  // 展開后是 ((3 + 1) * (3 + 1))std::cout << square_inline(3 + 1) << std::endl; // 類型安全，計算正確
}

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7. 總結

優點	缺點
減少函數調用開銷	增加代碼體積
類型安全，作用域明確	調試不便
可放在頭文件中定義	編譯器可能拒絕內聯
避免宏的缺陷	不適合復雜函數

建議：

• 對短小、高頻調用的函數使用 inline。
• 不要強行內聯大型函數，關注編譯器的優化選項（如 -O2、-O3）。
• 注意頭文件中 inline 定義的 ODR 要求。