跨多个 C++ 翻译单元的内联函数

Question

我最近了解了 C++ 中的内联函数。我了解它们是如何工作的（在扩展代码而不是进行跳转等方面），但是当涉及到多个翻译单元/*.cpp 文件时我应该如何使用它们有点困惑。

我已经读过，根据经验，我应该在头文件中包含函数本身的定义（而不仅仅是它的声明），然后在我打算使用的每个翻译单元中包含头文件内联函数。这对于内联函数来说不是问题，因为它只会在每个翻译中独立存在并在需要时/如果需要（由编译器决定）自行扩展[如果我对此有任何错误，请纠正我！]

但是，我还读到，在链接期间，即使内联函数本身的定义不存在于头文件中，链接器也可以找到它的定义并在需要时对其进行扩展。但是链接器如何能够从不同的翻译单元扩展功能呢？如果是这样的话，为什么我需要在每个翻译单元中包含函数的定义（通过头文件）？

Answer 1

函数前面的inline 关键字只是编译器的可选指示符，首选内联。现代编译器在代码内联时并不关心 inline 关键字。

inline 的重要含义是“允许多个定义”，如果成员函数定义在类的主体中，则它们会隐式内联。

如果您在多个翻译单元中具有相同的函数定义，则需要inline（例如，如果您将函数定义放在标头中，并且该标头包含在多个 cpp 文件中）

我已经读过，根据经验，我应该在头文件中包含函数本身的定义（而不仅仅是它的声明），然后在我打算使用的每个翻译单元中包含头文件内联函数。这对于内联函数来说不是问题，因为它只会在每个翻译中独立存在，并在需要时/如果需要（由编译器决定）自行扩展

将函数定义放在头文件中可以使工具链更容易进行内联，因为它在使用时知道其定义并且可以在编译步骤中执行内联。在多个翻译单元中有一个函数定义需要用inline 标记。

但是，我还读到，在链接期间，即使内联函数本身的定义不存在于头文件中，链接器也可以找到它的定义并在需要时对其进行扩展。但是链接器如何能够从不同的翻译单元扩展函数呢？

工具链可以为任何函数（无论它们的定义在编译时是否已知）进行链接时优化（如内联），其定义在链接时已知（静态链接），但链接时优化倾向于到 - 至少在过去 - 不如编译时优化那么有效。

链接时优化的问题在于，该工具链要么需要跟踪源代码提供的有助于优化的附加信息，要么需要依赖可能不太强大的策略，您可以在二进制文件上应用。

如果您有一个看起来像这样的main.cpp：

int sum(int a, int b) {
  return a+b;
}

int main() {
  std::cout << sum(3,4) << std::endl;
  return 0;
}

任何现代编译器都会内联该代码（或者在这种情况下将其完全优化为std::cout << 7 << std::endl;）。

这也很好，内联/优化：

sum.h

int sum(int a, int b) { // no inline keyword in front of the function
  return a+b;
}

ma​​in.cpp

#include "sum.h"
int main() {
  std::cout << sum(3,4) << std::endl;
  return 0;
}

但是，一旦您在多个 cpp 文件中使用 #include "sum.h" 并将这些翻译单元链接在一起，您就会遇到问题并需要使用 inline。 inline 在函数前面实际上只是告诉链接器在多个翻译单元中具有相同的定义是你的意图。