Modern C++ - inline

inline 是一個C++聲明符，直譯爲⌈在行內⌋。
顧名思義，inline 希望編譯器在函式調用的地方直接插入函式的代碼。

這就是 C++ inline (內聯/內嵌)。

內聯函式

現代C++中，通常你並不需要手動聲明 inline ，這是因爲內聯只是一個⌈建議⌋。

如果函式內聯展開，可以避免函式調用的堆棧操作等開銷。

現代編譯器非常聰明，它可以自動選擇內聯候選函式。
即便你並沒有爲函式聲明inline，也有可能被編譯器內聯。

現代C++中 inline的意義已經變更爲允許重複定義。

inline如何解決重複定義？

在C++中，每個普通函式都需要一個且只能有一個函式定義。
當多個翻譯單元中有同一函式的多個定義時，將會引發鏈接錯誤(link err)。 (如果在一個翻譯單元中有多個定義將引發編譯錯誤，這與編譯原理相關)

inline聲明符可以允許同一個函式在多個翻譯單元中的重複定義，而不產生鏈接錯誤。
使其能夠在多個翻譯單元中使用 only header 的方式來共享函式定義

範例代碼：

//test.hpp
void func(){} //定義函式，Error.每個include此檔案的翻譯單元中都將有一個定義。
inline void func2(){} //內聯函式，Ok。允許了在多個翻譯單元中的重複定義。
void func3(); //僅聲明，Ok。需要在任意 一個 翻譯單元中定義，通常推薦對應的翻譯單元。

//test.cpp
#include "test.hpp"

//如果沒有定義func3將引發鏈接錯誤：找不到 __void __func3(...)...的定義。
void func3(){
    func();//鏈接錯誤，重複定義 __void __func(...)...。
    func2();//Ok，允許重複定義，每個翻譯單元調用自己的函式定義。
} 

//main.cpp
#include "test.hpp"
int main(){
    func();//鏈接錯誤，重複定義 __void __func(...)...。
    func2();//Ok，允許重複定義，每個翻譯單元調用自己的函式定義。
    func3();//Ok，鏈接時在其他翻譯單元中查找函式位址調用。
}

tips: 完整定義在類內的成員函式是隱式內聯的，包括非成員 friend 函式、模板函式、模板類與constexpr函式/變數(c++17起)。

struct Test{
    (inline) void print(){} //聲明即定義，這是隱式內聯的
};
constexpr (inline) int sum(int l,int r){ //編譯期函式，是隱式內聯的
    return l+r;
}
template<typename T>
(inline) T make(){ //模板函式也是隱式內聯的
    return T();
}
//...

翻譯單元

翻譯單元是C++編譯時的單位，通常來說副檔名.cc .cpp表示這是一個翻譯單元。

翻譯單元由檔案本身 (如.cpp檔) 和透過 #include指令導入的標頭檔(如.h .hpp)或任意內容組成。
標頭檔通常不會作爲單獨的翻譯單元存在，它用於在多個翻譯單元的專案中共享聲明和定義。

除此之外還涉及include的實作方式，因爲include實際上做的就是將檔案中的內容完整拷貝過來。
這就是爲什麼需要注意重複定義的問題。

要在多個翻譯單元之間共享類/函式，一般會在標頭檔中聲明，在對應的一個翻譯單元中定義。

內聯變數

inline聲明符也可以用於變數(c++17起)，其作用與函式內聯基本相同。
也是可以在不同翻譯單元中重複聲明變數。

tips: inline static的變數或inline函式中含有static變數，也將保證全局只有同一個變數。
即使多個翻譯單元中都有定義。

// test.hpp
struct Test{
    inline static int i = 0; //所有實例與翻譯單元中都是同一個對象
}
inline int func(){
    static int i = 0; // 所有翻譯單元中都是同一個對象
    return ++i;
}

void call();

// test.cpp
#include "test.hpp"
void call(){
    Test t2;// 實例2
    ++t2.i; // 結果2
    int i = func(); // 結果2
}

// main.cpp
#include "test.hpp"
int main(){
    Test t1;// 實例1
    ++t1.i; // 結果1
    int i = func(); // 結果1
    call();
}