Tại sao C ++ lại có các hàm nội tuyến trong tiêu đề?

_{NB Đây không phải là câu hỏi về cách sử dụng các hàm nội tuyến hoặc cách chúng hoạt động, mà là lý do tại sao chúng được thực hiện theo cách của chúng.}

Việc khai báo một hàm thành viên lớp không cần phải định nghĩa một hàm như thế nào inline, nó chỉ là việc triển khai thực tế của hàm. Ví dụ, trong tệp tiêu đề:

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

Vậy tại sao việc triển khai nội tuyến của một hàm lớp lại phải nằm trong tệp tiêu đề? Tại sao tôi không thể đặt hàm nội tuyến vào .cpptệp? Nếu tôi cố gắng đưa định nghĩa nội tuyến vào .cpptệp, tôi sẽ gặp lỗi dọc theo các dòng:

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

Định nghĩa của một inlinehàm không nhất thiết phải có trong tệp tiêu đề nhưng do một quy tắc định nghĩa ( ODR ) cho các hàm nội tuyến, một định nghĩa giống hệt cho hàm phải tồn tại trong mọi đơn vị dịch sử dụng nó.

Cách dễ nhất để đạt được điều này là đưa định nghĩa vào tệp tiêu đề.

Nếu bạn muốn đặt định nghĩa của một hàm trong một tệp nguồn duy nhất thì bạn không nên khai báo nó inline. Một hàm không được khai báo inlinekhông có nghĩa là trình biên dịch không thể nội dòng hàm.

Việc bạn có nên khai báo một hàm inlinehay không thường là lựa chọn mà bạn nên thực hiện dựa trên phiên bản nào của một quy tắc định nghĩa mà nó có ý nghĩa nhất để bạn tuân theo; thêm inlinevà sau đó bị hạn chế bởi các ràng buộc tiếp theo không có ý nghĩa gì.

Có hai cách để xem xét nó:

1. Các hàm nội tuyến được định nghĩa trong tiêu đề bởi vì, để nội dòng một lệnh gọi hàm, trình biên dịch phải có thể nhìn thấy thân hàm. Đối với một trình biên dịch ngây thơ để làm điều đó, thân hàm phải ở cùng một đơn vị dịch với lệnh gọi. (Một trình biên dịch hiện đại có thể tối ưu hóa giữa các đơn vị dịch và do đó, một lệnh gọi hàm có thể được đặt trong mặc dù định nghĩa hàm nằm trong một đơn vị dịch riêng biệt, nhưng những tối ưu hóa này rất tốn kém, không phải lúc nào cũng được kích hoạt và không phải lúc nào cũng được hỗ trợ bởi trình biên dịch)

2. các hàm được xác định trong tiêu đề phải được đánh dấu inlinevì nếu không, mọi đơn vị dịch bao gồm tiêu đề sẽ chứa định nghĩa của hàm và trình liên kết sẽ phàn nàn về nhiều định nghĩa (vi phạm Quy tắc Một Định nghĩa). Các inlinetừ khóa ngăn chặn này, cho phép nhiều đơn vị dịch thuật để chứa các định nghĩa (giống hệt nhau).

Hai giải thích thực sự dẫn đến thực tế là inlinetừ khóa không thực hiện chính xác những gì bạn mong đợi.

Trình biên dịch C ++ có thể tự do áp dụng tối ưu hóa nội tuyến (thay thế một lệnh gọi hàm bằng phần thân của hàm được gọi, lưu chi phí cuộc gọi) bất cứ lúc nào nó thích, miễn là nó không làm thay đổi hành vi quan sát được của chương trình.

Các inlinetừ khóa làm cho nó dễ dàng hơn cho các trình biên dịch để áp dụng tối ưu hóa này, bằng cách cho phép định nghĩa chức năng để được nhìn thấy trong nhiều đơn vị dịch thuật, nhưng sử dụng các từ khóa không có nghĩa là trình biên dịch đã để nội tuyến chức năng, và không sử dụng từ khóa không cấm trình biên dịch nội tuyến hàm.

Đây là một giới hạn của trình biên dịch C ++. Nếu bạn đặt hàm trong tiêu đề, tất cả các tệp cpp nơi nó có thể được nội dòng có thể nhìn thấy "nguồn" của hàm của bạn và việc nội tuyến có thể được thực hiện bởi trình biên dịch. Mặt khác, nội tuyến sẽ phải được thực hiện bởi trình liên kết (mỗi tệp cpp được biên dịch trong một tệp obj riêng biệt). Vấn đề là nó sẽ khó hơn nhiều để làm điều đó trong trình liên kết. Một vấn đề tương tự cũng tồn tại với các lớp / hàm "mẫu". Chúng cần được trình biên dịch khởi tạo, vì trình liên kết sẽ gặp vấn đề khi khởi tạo (tạo phiên bản chuyên biệt của) chúng. Một số trình biên dịch / trình liên kết mới hơn có thể thực hiện biên dịch / liên kết "hai lần" trong đó trình biên dịch thực hiện lần chuyển đầu tiên, sau đó trình liên kết thực hiện công việc của nó và gọi trình biên dịch để giải quyết những thứ chưa được giải quyết (nội tuyến / mẫu ...)

Lý do là trình biên dịch phải thực sự xem định nghĩa để có thể đưa nó vào vị trí của cuộc gọi.

Hãy nhớ rằng C và C ++ sử dụng một mô hình biên dịch rất đơn giản, trong đó trình biên dịch luôn chỉ thấy một đơn vị dịch tại một thời điểm. (Điều này không thành công khi xuất, đó là lý do chính chỉ có một nhà cung cấp thực sự triển khai nó.)

inlineTừ khóa c ++ gây hiểu lầm, nó không có nghĩa là "nội dòng hàm này". Nếu một hàm được định nghĩa là nội tuyến, điều đó đơn giản có nghĩa là nó có thể được định nghĩa nhiều lần miễn là tất cả các định nghĩa đều bằng nhau. Việc một hàm được đánh dấu inlinelà một hàm thực được gọi là hoàn toàn hợp pháp thay vì nhận được mã nội tuyến tại điểm mà nó được gọi.

Việc xác định một hàm trong tệp tiêu đề là cần thiết cho các mẫu, vì ví dụ: một lớp mẫu không thực sự là một lớp, nó là một mẫu cho một lớp mà bạn có thể tạo nhiều biến thể. Để trình biên dịch có thể tạo một Foo<int>::bar()hàm khi bạn sử dụng mẫu Foo để tạo lớp Foo , định nghĩa thực tế của Foo<T>::bar()phải hiển thị.

Tôi biết đây là một chủ đề cũ nhưng tôi nghĩ tôi nên đề cập đến externtừ khóa đó. Gần đây tôi đã gặp phải vấn đề này và giải quyết như sau

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());
        }
    }
}

Bởi vì trình biên dịch cần nhìn thấy chúng để nội dòng chúng. Và các tệp tiêu đề là "thành phần" thường được bao gồm trong các đơn vị dịch khác.

#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.

Chức năng nội tuyến

Trong C ++, macro không là gì ngoài hàm nội tuyến. SO bây giờ macro nằm dưới sự kiểm soát của trình biên dịch.

• Quan trọng : Nếu chúng ta xác định một hàm bên trong lớp, nó sẽ tự động trở thành Nội tuyến

Mã của hàm Inline được thay thế tại nơi nó được gọi, vì vậy nó làm giảm chi phí của hàm gọi.

Trong một số trường hợp Nội tuyến của hàm không thể hoạt động, chẳng hạn như

• Nếu biến static được sử dụng bên trong hàm nội tuyến.

• Nếu hàm phức tạp.

• Nếu gọi đệ quy của hàm

• Nếu địa chỉ của chức năng được thực hiện một cách ẩn ý hoặc rõ ràng

Hàm được định nghĩa bên ngoài lớp như bên dưới có thể trở thành nội tuyến

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

Hàm được định nghĩa bên trong lớp cũng trở thành nội tuyến

// 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();
} 

Ở đây cả hai hàm getSpeed ​​và setSpeed ​​sẽ trở thành nội tuyến