编辑“︁C 语言内联函数”︁

{{Note|本条目适用于C99及以上标准的C语言实现。传统C（C89/90）不支持内联函数。}}

== 概述 ==
'''内联函数'''（Inline Function）是C语言中通过编译器优化手段实现的函数调用机制，其核心思想是用函数体代码直接替换函数调用语句，从而消除函数调用的开销。该特性通过关键字<code>inline</code>声明。

=== 基本原理 ===
当函数被声明为内联时，编译器会尝试在每次调用该函数的地方插入函数体的副本，而非生成常规的函数调用指令。这种优化适用于：
* 频繁调用的小型函数
* 对性能敏感的关键路径代码
* 需要避免函数调用开销的场景

数学表达上，内联展开可视为将函数<math>f(x)</math>的调用点替换为其定义<math>f(x) = \{ \text{function body} \}</math>。

== 语法规范 ==
=== 标准声明方式 ===
<source lang="c">
inline 返回类型 函数名(参数列表) {
    // 函数体
}
</source>

=== 组合使用示例 ===
结合<code>static</code>可保证内联函数仅在当前翻译单元可见：
<source lang="c">
static inline int max(int a, int b) {
    return a > b ? a : b;
}
</source>

== 工作机制 ==
<mermaid>
graph TD
    A[函数调用点] -->|常规函数| B[压栈参数]
    B --> C[跳转到函数]
    C --> D[执行函数体]
    D --> E[返回结果]
    A -->|内联函数| F[直接插入函数体]
    F --> G[优化后的代码]
</mermaid>

编译器处理流程：
1. 解析<code>inline</code>声明
2. 在调用点复制函数体
3. 替换参数为实际值
4. 进行局部优化（如常量传播）

== 典型示例 ==
=== 基础用例 ===
<source lang="c">
#include <stdio.h>

inline int square(int x) {
    return x * x;
}

int main() {
    int num = 5;
    printf("Square of %d is %d", num, square(num));
    return 0;
}
</source>

'''输出结果：'''
<pre>
Square of 5 is 25
</pre>

=== 多文件工程 ===
'''math_utils.h'''
<source lang="c">
#ifndef MATH_UTILS_H
#define MATH_UTILS_H

extern inline int cube(int x) {
    return x * x * x;
}

#endif
</source>

'''main.c'''
<source lang="c">
#include "math_utils.h"

int main() {
    printf("Cube of 3: %d", cube(3));  // 内联展开
    return 0;
}
</source>

== 优化策略 ==
编译器通常根据以下条件决定是否真正内联：
{| class="wikitable"
|+ 内联决策因素
! 因素 !! 促进内联 !! 阻止内联

| 函数体大小 || <50行 || >100行
| 调用频率 || 高频 || 低频
| 递归 || 无 || 存在
| 复杂控制流 || 简单 || 嵌套循环
|}

== 实际应用场景 ==
=== 硬件寄存器操作 ===
<source lang="c">
inline void set_led(uint8_t state) {
    *((volatile uint8_t*)0x25) = state;  // 直接操作硬件地址
}
</source>

=== 数学计算加速 ===
<source lang="c">
inline float fast_inv_sqrt(float x) {
    float xhalf = 0.5f * x;
    int i = *(int*)&x;
    i = 0x5f3759df - (i >> 1);
    x = *(float*)&i;
    return x * (1.5f - xhalf * x * x);
}
</source>

== 注意事项 ==
1. '''ABI兼容性'''：内联函数在不同编译器间行为可能不同
2. '''调试困难'''：展开后的代码难以设置断点
3. '''代码膨胀'''：过度使用会导致二进制体积增大
4. '''强制内联'''：可通过编译器特定语法（如<code>__attribute__((always_inline))</code>）实现

== 编译器扩展 ==
{| class="wikitable"
|+ 主流编译器支持
! 编译器 !! 特性标记 !! 强制内联语法

| GCC || <code>-finline-functions</code> || <code>__attribute__((always_inline))</code>
| Clang || <code>-finline-hint-functions</code> || <code>__attribute__((always_inline))</code>
| MSVC || <code>/Ob1</code> || <code>__forceinline</code>
|}

== 性能对比 ==
通过简单基准测试展示效果：
<source lang="c">
#include <time.h>

// 常规函数
int normal_add(int a, int b) { return a + b; }

// 内联函数
inline int inline_add(int a, int b) { return a + b; }

#define ITERS 100000000

void benchmark() {
    clock_t start, end;
    
    start = clock();
    for (int i = 0; i < ITERS; ++i) {
        normal_add(i, i+1);
    }
    end = clock();
    printf("Normal: %.2f ms\n", (double)(end - start)*1000/CLOCKS_PER_SEC);
    
    start = clock();
    for (int i = 0; i < ITERS; ++i) {
        inline_add(i, i+1);
    }
    end = clock();
    printf("Inline: %.2f ms\n", (double)(end - start)*1000/CLOCKS_PER_SEC);
}
</source>

典型输出结果：
<pre>
Normal: 352.14 ms
Inline: 121.07 ms
</pre>

== 进阶话题 ==
=== 链接模型 ===
C99规定内联函数具有'''外部链接'''（external linkage），需注意：
* 头文件中应使用<code>extern inline</code>
* 源文件中应提供外部定义

=== 与宏的对比 ===
{| class="wikitable"
|+ 内联函数 vs 宏
! 特性 !! 内联函数 !! 宏

| 类型检查 || 有 || 无
| 调试支持 || 完整 || 困难
| 作用域 || 函数作用域 || 文本替换
| 参数求值 || 单次 || 可能多次
|}

== 最佳实践 ==
1. 优先用于频繁调用的简单函数（3-5行）
2. 避免在公开API中使用非静态内联
3. 配合<code>static</code>限制作用域
4. 性能关键代码中验证实际优化效果

{{See also|C语言函数|编译器优化|宏编程}}

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[[Category:C]]
[[Category:C 语言函数]]