Dlaczego funkcje inline C ++ znajdują się w nagłówku?

_{Uwaga: nie chodzi o to, jak używać funkcji inline ani jak one działają, a raczej o to, dlaczego są robione tak, jak są.}

Deklaracja funkcji składowej klasy nie musi definiować funkcji inline, ponieważ jest to tylko faktyczna implementacja funkcji. Na przykład w pliku nagłówkowym:

struct foo{
    void bar(); // no need to define this as inline
}

Dlaczego więc wbudowana implementacja funkcji klas musi znajdować się w pliku nagłówkowym? Dlaczego nie mogę umieścić funkcji wbudowanej w .cpppliku? Gdybym próbował umieścić definicję wbudowaną w .cpppliku, wystąpiłby błąd w następujący sposób:

error LNK2019: unresolved external symbol 
"public: void __thiscall foo::bar(void)"
(?bar@foo@@QAEXXZ) referenced in function _main 
1>C:\Users\Me\Documents\Visual Studio 2012\Projects\inline\Debug\inline.exe 
: fatal error LNK1120: 1 unresolved externals

Definicja inlinefunkcji nie musi znajdować się w pliku nagłówkowym, ale ze względu na regułę jednej definicji ( ODR ) dla funkcji wbudowanych, identyczna definicja funkcji musi istnieć w każdej jednostce tłumaczeniowej, która jej używa.

Najłatwiejszym sposobem osiągnięcia tego jest umieszczenie definicji w pliku nagłówkowym.

Jeśli chcesz umieścić definicję funkcji w jednym pliku źródłowym, nie powinieneś jej deklarować inline. Nie zadeklarowana funkcja nie inlineoznacza, że ​​kompilator nie może wbudować funkcji.

To, czy powinieneś zadeklarować funkcję, inlineczy nie, jest zwykle wyborem, którego powinieneś dokonać w oparciu o wersję jednej definicji reguł, która jest dla ciebie najbardziej sensowna; dodawanie, inlinea następnie ograniczanie przez kolejne ograniczenia nie ma sensu.

Można na to spojrzeć na dwa sposoby:

1. Funkcje wbudowane są zdefiniowane w nagłówku, ponieważ aby wbudować wywołanie funkcji, kompilator musi mieć możliwość zobaczenia treści funkcji. Aby naiwny kompilator to zrobił, treść funkcji musi znajdować się w tej samej jednostce tłumaczenia, co wywołanie. (Nowoczesny kompilator może optymalizować w jednostkach tłumaczeniowych, więc wywołanie funkcji może być wbudowane, nawet jeśli definicja funkcji znajduje się w oddzielnej jednostce tłumaczeniowej, ale te optymalizacje są drogie, nie zawsze są włączone i nie zawsze były obsługiwane przez kompilator)

2. funkcje zdefiniowane w nagłówku muszą być zaznaczone, inlineponieważ w przeciwnym razie każda jednostka translacji, która zawiera nagłówek, będzie zawierała definicję funkcji, a linker będzie narzekał na wiele definicji (naruszenie reguły jednej definicji). inlineKluczowe tłumi tego, pozwalając wielu jednostek tłumaczenie zawierać (identyczne) definicje.

Te dwa wyjaśnienia tak naprawdę sprowadzają się do tego, że inlinesłowo kluczowe nie robi dokładnie tego, czego można się spodziewać.

Kompilator C ++ może zastosować optymalizację wbudowaną (zastąpić wywołanie funkcji ciałem wywoływanej funkcji, oszczędzając narzut wywołania) w dowolnym momencie, o ile nie zmienia obserwowalnego zachowania programu.

Słowo inlinekluczowe ułatwia kompilatorowi zastosowanie tej optymalizacji, umożliwiając wyświetlanie definicji funkcji w wielu jednostkach tłumaczeniowych, ale użycie słowa kluczowego nie oznacza, że ​​kompilator musi wbudować funkcję, a nie użycie słowa kluczowego nie. Zabroń kompilatorowi wstawiania funkcji.

To jest ograniczenie kompilatora C ++. Jeśli umieścisz funkcję w nagłówku, wszystkie pliki cpp, w których można ją wstawić, będą widzieć „źródło” Twojej funkcji, a kompilator będzie mógł wykonać wstawianie. W przeciwnym razie wstawianie musiało być wykonane przez konsolidator (każdy plik cpp jest kompilowany osobno w pliku obj). Problem w tym, że byłoby to dużo trudniejsze do zrobienia w linkerze. Podobny problem występuje w przypadku klas / funkcji „szablonów”. Muszą zostać utworzone przez kompilator, ponieważ konsolidator miałby problem z ich utworzeniem (utworzeniem specjalistycznej wersji). Niektóre nowsze kompilatory / konsolidatory mogą wykonywać kompilację / linkowanie „dwuprzebiegowe”, gdzie kompilator wykonuje pierwszy przebieg, a następnie konsolidator wykonuje swoją pracę i wywołuje kompilator w celu rozwiązania nierozwiązanych rzeczy (inline / templates ...)

Powodem jest to, że kompilator musi faktycznie zobaczyć definicję , aby móc ją upuścić w miejsce wywołania.

Pamiętaj, że C i C ++ używają bardzo uproszczonego modelu kompilacji, w którym kompilator zawsze widzi tylko jedną jednostkę tłumaczeniową na raz. (Nie udaje się to w przypadku eksportu, co jest głównym powodem, dla którego tylko jeden dostawca faktycznie go wdrożył).

Słowo inlinekluczowe c ++ jest mylące, nie oznacza „wbudowanej tej funkcji”. Jeśli funkcja jest zdefiniowana jako inline, oznacza to po prostu, że można ją zdefiniować wiele razy, o ile wszystkie definicje są równe. Funkcja oznaczona inlinejako prawdziwa funkcja, która jest wywoływana zamiast pobierania kodu w miejscu, w którym jest wywoływana, jest całkowicie legalna .

Definiowanie funkcji w pliku nagłówkowym jest potrzebne w przypadku szablonów, ponieważ np. Klasa z szablonem nie jest tak naprawdę klasą, jest szablonem dla klasy, której można dokonywać w wielu odmianach. Aby kompilator mógł np. UtworzyćFoo<int>::bar() funkcję, gdy używasz szablonu Foo do tworzenia klasy Foo , rzeczywista definicja Foo<T>::bar()musi być widoczna.

Wiem, że to stary wątek, ale pomyślałem, że powinienem wspomnieć o tym externsłowie kluczowym. Niedawno napotkałem ten problem i rozwiązałem go w następujący sposób

Helper.h

namespace DX
{
    extern inline void ThrowIfFailed(HRESULT hr);
}

Helper.cpp

namespace DX
{
    inline void ThrowIfFailed(HRESULT hr)
    {
        if (FAILED(hr))
        {
            std::stringstream ss;
            ss << "#" << hr;
            throw std::exception(ss.str().c_str());
        }
    }
}

Ponieważ kompilator musi je zobaczyć, aby je wstawić . Pliki nagłówkowe to „komponenty”, które są zwykle zawarte w innych jednostkach tłumaczeniowych.

#include "file.h"
// Ok, now me (the compiler) can see the definition of that inline function. 
// So I'm able to replace calls for the actual implementation.

Funkcje wbudowane

W C ++ makro to nic innego jak funkcja inline. Więc teraz makra są pod kontrolą kompilatora.

• Ważne : Jeśli zdefiniujemy funkcję wewnątrz klasy, stanie się ona automatycznie Inline

Kod funkcji Inline jest zastępowany w miejscu jej wywołania, co zmniejsza narzut wywołania funkcji.

W niektórych przypadkach inlining funkcji nie może działać, na przykład

• Jeśli zmienna statyczna jest używana wewnątrz funkcji inline.

• Jeśli funkcja jest skomplikowana.

• Jeśli rekurencyjne wywołanie funkcji

• Jeśli adres funkcji przyjęty niejawnie lub jawnie

Funkcja zdefiniowana poza klasą, jak poniżej, może stać się wbudowana

inline int AddTwoVar(int x,int y); //This may not become inline 

inline int AddTwoVar(int x,int y) { return x + y; } // This becomes inline

Funkcje zdefiniowane w klasie również stają się wbudowane

// Inline SpeedMeter functions
class SpeedMeter
{
    int speed;
    public:
    int getSpeed() const { return speed; }
    void setSpeed(int varSpeed) { speed = varSpeed; }
};
int main()
{
    SpeedMeter objSM;
    objSM.setSpeed(80);
    int speedValue = A.getSpeed();
} 

Tutaj obie funkcje getSpeed ​​i setSpeed ​​staną się wbudowane