C++如何处理内联虚函数

核心提示： 当一个函数是内联和虚函数时，会发生代码替换或使用虚表调用吗？ 为了弄清楚内联和虚函数，C++如何处理内联虚函数，让我们将它们分开来考虑，通常，当然，开发者经常将简短的虚函数放在类声明中-不是因为他们希望这个函数被展开为内联，一个内联函数是被展开的， class CFoo {

　  当一个函数是内联和虚函数时，会发生代码替换或使用虚表调用吗？ 为了弄清楚内联和虚函数，让我们将它们分开来考虑。通常，一个内联函数是被展开的。 class CFoo { PRivate: int val; public: int GetVal() { return val; } int SetVal(int v) { return val=v; } }; 这里，假如使用下列代码： CFoo x; x.SetVal(17); int y = x.GetVal(); 那么编译器产生的目标代码将与下面的代码段一样： CFoo x; x.val = 17; int y = x.val; 　  你当然不能这么做，因为val是个私有变量。内联函数的优点是不用函数调用就能隐藏数据，仅此而已。

　  虚函数有多态性，意味着派生的类能实现相同的函数，但功能却不同。假设 GetVal 被声明为虚函数，并且你有第二个 以不同方法实现的类 CFoo2： class CFoo2 : public CFoo { public:  // virtual in base class too! virtual int CFoo2::GetVal() { return someOtherVal; }  }; 　  假如 pFoo是一个 CFoo 或 CFoo2 指针，那么，无论 pFoo 指向哪个类 CFoo 或 CFoo2，成员函数 pFoo->GetVal 都能调用成功。

　  假如一个函数既是虚拟函数，又是内联函数，会是什么情况呢？记住，有两种方式建立内联函数，

第一种是在函数定义中使用要害字 inline，如： inline CFoo::GetVal() { return val; } 第二种是在类的声明中编写函数体，就象前面的 CFoo2::GetVal 一样。所以假如将虚函数体包含在类的声明中，如： class CFoo { public: virtual int GetVal() { return val; } }; 　  编译器便认为这个函数 GetVal 是内联的，同时也是虚拟的。那么，多态性和内联特性如何同时工作呢？

　  编译器遵循的第一个规则是无论发生什么事情，多态性必须起作用。假如有一个指向 CFoo 对象的指针，pFoo->GetVal 被保证去调用正确的函数。一般情况下，这就是说函数 GetVal 将被实例化为非内联函数，并有vtable（虚表）入口指向它们。但这并不意味着这个函数不能被扩展！再看看下面的代码： CFoo x;  x.SetVal(17) int y = x.GetVal() 　  编译器知道x是 CFoo,而不是CFoo2，因为这个堆对象是被显式声明的。x肯定不会是CFoo2。所以展开 SetVal/GetVal 内联是安全的。假如要写更多的复杂代码： CFoo x; CFoo* pfoo=&x; pfoo->SetVal(17); int y = pfoo->GetVal(); ... CFoo2 x2; pfoo = &x2; pfoo->SetVal(17); //etc. 编译器知道 pfoo 第一次指向x，第二次指向x2，所以展开虚拟函数也是安全的。

　  你还可以编写更复杂的代码，其中，pfoo 所指的对象类型总是透明的，但是大多数编译器不会做任何更多的分析。即使在前面的例子中，某些编译器将会安全运行，实例化并通过一个虚表来调用。实际上，编译器总是忽略内联需要并总是使用虚表。唯一绝对的规则是代码必须工作；也就是说，虚函数必须有多态行为。
　  通常，无论是显式还是隐式内联，它只是一个提示而已，并非是必须的，就象寄存器一样。编译器完全能拒绝展开一个非虚内联函数，C++编译器经常首先会报错：“内联中断-函数太大”。假如内联函数调用自身，或者你在某处传递其地址，编译器必须产生一个正常（外联？）函数。内联函数在DEBUG BUILDS中不被展开，可设置编译选项来预防。
　  要想知道编译器正在做什么，唯一的方法是看它产生的代码。对于微软的编译器来说，你可以用-FA编译选项产生汇编清单。你不必知道汇编程序如何做。我鼓励你完成这个实验；这对于了解机器实际所做的事情机器有益，同时你可学习许多汇编列表中的内容。

　  有关内联函数的东西比你第一次接触它时要复杂得多。有许多种情况强迫编译器产生正常函数：递归，获取函数地址，太大的那些函数和虚函数。但是假如编译器决定实例化你的内联函数，就要考虑把函数放在什么地方？它进入哪个模块？
　  通常类在头文件中声明，所以假如某个cpp包含foo.h，并且编译器决定实例化CFoo::GetVal，则在cpp文件中将它实例化成一个静态函数。假如十个模块包含foo.h，编译器产生的虚函数拷贝就有十个。实际上，可以用虚表指向不同类型的GetVal拷贝，从而是相同类型的对象只产生拷贝。一些链接器能巧妙地在链接时排除冗余，但一般你是不能指望他来保证的。
　  我们得出的结论是：最好不要使用内联虚函数，因为它们几乎不会被展开，即便你的函数只有一行，你最好还是将它与其它的类函数一起放在模块（cpp文件）中。当然，开发者经常将简短的虚函数放在类声明中-不是因为他们希望这个函数被展开为内联，而是因为这样做更方便和可读性更强。