深入理解内联函数（C语言）

1.什么是内联函数

很多人都会知道，可以将比较小的函数写成内联函数的形式，这样会节省函数调用的开销，具体是什么样的开销呢？
一个函数在执行过程中，如果需要调用其他函数，则一般会执行下面的过程。

1. 保存当前函数现场
2. 跳到调用函数执行
3. 恢复当前函数现场
4. 继续执行当前函数

一个C语言程序，在main()函数中对某些数据进行处理，运算结果暂时保存在R0寄存器中。接着调用另一个函数call_fun()，调用结束后，返回main()函数继续执行。如果我们在call_fun()函数中要用到R0寄存器，就会改变R0中的值，当我们返回main()中继续执行程序的时候，就会出现错误的计算。

处理办法很简单，就是在跳到call_fun()之前，先将R0中的值保存到对战中，调用结束后，再将其值取出来，这样就可以顺利地执行main()函数了。这就是所谓的现场保存和恢复。

对于一般的函数调用，当然没有什么问题，但如果需要调用的函数本来就很小（指令和数据都不多），这个时候如果频繁地调用，就会出现频繁地保存现场，恢复现场，降低了程序的执行效率，这个时候就可以将call_fun()改写为内联函数，简单高效。

2.内联函数与宏

内联函数和宏的功能差不多，为什么不直接定义一个宏，而去定义一个内联函数呢？二者又有什么不同呢？

与宏相比，内联函数具有以下优势。

• 参数类型检查：内联函数具有宏的展开特性，但本质仍是函数，在编译过程中，编译器仍然可以对其进行参数检查，而宏不具备此功能。
• 便于调试：函数支持丰富的断点调试功能，而宏定义不支持，这样便于软件的调试和开发。
• 接口封装：有些内联函数可以用来封装一个接口，而宏并无此特性。

3.编译器对内联函数的处理

众所周知，并不是在函数前添加了inline关键字，程序在执行过程中就会乖乖执行内联展开，这与开发者和计算机都有关系。

而若要得知函数是否真正进行了内联展开，则需要深入底层，从汇编程序中得知。

尺有所短，寸有所长，内联函数也有缺点。内联函数会增大程序的体积，如果在一个文件中多次调用内联函数，多次展开，则整个函数的体积就会变大，降低了代码的执行效率。这与函数的设计初衷相悖（函数的作用之一就是提高代码的复用性）。

编译器在对内联函数做展开时，除了检测用户定义的内联函数是否有指针、循环、递归，还会在函数执行效率和函数调用开销之间进行权衡。一般来说，从程序员角度来说，主要考虑以下因素。

• 函数体积小。
• 函数体内无指针赋值、递归、循环等语句。
• 调用频繁。

下面的例子，我们用一个简单的程序实现了某个数的阶乘。

我们封装了两个函数，都含有linline关键字，而从编译后的汇编程序可以看出，一个函数进行了内联展开，而另一个可能考虑到了函数并不是很精简，并未对其进行内联展开。

然后将优化等级调到了1，再看看结果：

可以看到，将两个函数都进行了内联展开。输出结果仍然是24，保持不变。

接下来我们使用GCC编译器提供的特性__attribute__来实现强制内联：

可以看到，此时即使关闭了优化等级，编译器还是对两个内联函数进行了内联展开。程序的运行结果也不会受影响。

此次我们采用了在线的编译工具，感觉还不错，喜欢的同学可以试试。
Compiler Explorer

4.参考文献

《嵌入式C语言自我修养》