소개

C는 다음과 같이 함수 정의 앞에 붙을 수 있는 인라인 키워드를 추가했습니다.

인라인 int max_int( int a, int b ) { a > b를 반환합니까? a : b; }

inline int max_int( int a, int b ) {
    return a > b ? a : b;
}

인라인된 함수로 인해 프로그램 전체의 성능이 향상될 수 있다는 "힌트"를 컴파일러에 제공합니다

인라인.

인라인된 함수는 다음과 같은 일반적인 함수 호출 메커니즘을 수행하는 대신 호출될 때마다 코드가 확장되었습니다.

레지스터를 저장하는 중입니다.
인수 값을 스택에 푸시합니다.
호출 명령을 실행합니다.
최종적으로 ret 명령을 실행하는 함수입니다.
레지스터를 복원하는 중입니다.

매우 작은 함수의 경우 인라인 처리를 통해 성능이 향상될 수 있습니다. 하지만 다른 모든 것과 마찬가지로 장단점이 있습니다.

인라인 키워드는 C99로 백포팅되었지만 요구 사항이 약간 다릅니다. 자세한 내용은 나중에 설명합니다.

매크로와의 차이점

인라인 함수는 함수형 매크로와 유사합니다(그리고 많은 용도를 대체하기 위한 것입니다). 일반적으로 인라인 함수는

함수이고 C 또는 C를 이해하지 못하는 전처리기에 의해 수행되는 단순한 텍스트 대체가 아닌 전체 기능 의미 체계를 갖기 때문에 이는 좋은 것입니다.

max_int() 함수와 본질적으로 동등한 매크로:

#define MAX_INT(A,B) A > B ? A : B /* 잘못된 구현 */

inline int max_int( int a, int b ) {
    return a > b ? a : b;
}

다음과 같은 문제가 있습니다:

확장된 인수(예: MAX(n & 0xFF, 8))로 인해 연산자 우선 순위가 잘못될 수 있습니다.
부작용이 있는 인수(예: MAX(n , 8))에는 여러 가지 부작용이 있을 수 있습니다.
정의 시 인수에 대한 유형 검사가 없습니다.
오류는 종종 장황하고 읽기 어렵습니다.

추가로 매크로:

인수를 수정할 수 있습니다(종종 원하는 것이
• 아님).

인라인 함수에는 이러한 문제가 없지만 동일한 성능 이점을 얻을 수 있습니다. 따라서 함수형 매크로 대신 인라인 함수를 사용하세요.

힌트만

언급한 대로 인라인을 지정하는 것은

단지 프로그램 전체가 인라인되는 함수로 인해 성능이 향상될 수 있다는 컴파일러에 대한 "힌트"입니다. 컴파일러는 힌트를 자유롭게 무시할 수 있습니다.

왜? 좋은 생각이 아니거나 불가능한 경우도 있기 때문입니다. 다음 중 하나에 해당하는 경우 함수는 인라인되지 않거나 일반적으로 인라인되지 않습니다.

기능이 "너무 큽니다."
함수에 대한 포인터를 통해 함수를 호출합니다.
함수는 재귀적입니다.
함수에 루프가 있습니다.

다른 이유가 있을 수 있습니다. 이는 모두 함수, 인수, 컴파일러 및 제공된 옵션에 따라 크게 달라집니다.

컴파일러가 함수를 인라인할 수 없거나 인라인하지 않기로 선택한 경우, (기본적으로) 인라인하지 않았다는 경고를

하지 않습니다. gcc와 같은 일부 컴파일러에는 경고하고 함수가 인라인되지 않은 이유를 알려주는 -Winline 옵션이 있습니다.

인라인 지정은 레지스터를 지정하는 이전 코드와 유사합니다. 둘 다 힌트일 뿐입니다.

인라인으로 전환하는 경우(및 그렇지 않은 경우)

대부분의 함수에서 함수 실행 비용의 대부분은 함수 호출 메커니즘이 아닌 함수 본문에 있습니다. 따라서 함수가 인라인 처리에 적합한 후보가 되려면 일반적으로 다음과 같아야 합니다.

함수 호출 메커니즘의 비용이 상당할 정도로 작습니다.
실제로 성능이 중요한 장소(예: 긴밀한 루프)에 사용됩니다.

의심스러운 경우 코드를 프로파일링하세요. 인라인을 사용하는 것은 "더 빠르게 만들어주는" 마법의 키워드가

아닙니다. 또한 인라인을 과도하게 사용하면 코드가 팽창하여 프로그램 성능이 전반적으로 나빠집니다.

자세한 내용은 인라인 질병을 참조하세요.

인라인 처리에 적합한 함수는 다음과 같습니다.

"getter" 및 "setter"와 같은 "한 줄짜리"입니다.
인수에 대한 특정 값을 제공하거나 캐스트를 수행하는 다른 함수 호출에 대한 간단한 래퍼입니다.

이상적인 인라인 함수는

둘 모두 성능을 높이고 코드 크기를 줄입니다.

그러나 인라인 함수에 대한 한 가지 주의 사항은 정의가 변경되면 해당 함수를 사용하는 모든 코드를 다시 컴파일해야 한다는 것입니다.

인라인 최적화

인라인 함수가 실제로 컴파일러에 의해 인라인되면 일반적인 함수 호출 메커니즘에 대한 코드를 제거하는 것 외에도 컴파일러는 다음을 수행할 수도 있습니다.

즉시 주소 지정을 통해 값이 상수인 하나 이상의 함수 인수를 완전히 제거합니다.
일반적으로 함수 경계를 넘어 수행할 수 없었던 함수가 인라인된 코드 전반에 걸쳐 더 나은 최적화를 수행합니다.

인라인 함수 정의

컴파일러가 함수를 인라인할 수 있으려면 사용되는 모든 .c 또는 .cpp 파일에서

정의(선언뿐만 아니라)를 "볼" 수 있어야 합니다. 마치 매크로처럼요. 따라서 인라인 함수는 반드시 헤더 파일에 정의되어야 합니다.

일반적으로 함수는 다른 모든 것과 마찬가지로 ODR(단일 정의 규칙)을 준수하여

정확히 하나의 정의를 가져야 합니다. 그러나 인라인 함수의 정의가 여러 .c 또는 .cpp 파일에서 "표시"되므로 해당 함수에 대해 ODR이 일시 중지됩니다.

동일한 이름을 가진 인라인 함수에 대해 서로 다른 정의를 가질 수 있지만 컴파일러는 모든 정의가 동일한지 확인할 방법이 없기 때문에 정의되지 않은 동작이 발생합니다.

C에서 함수를 인라인하려면 함수 정의 앞에 inline을 붙이면 됩니다. 그게 전부입니다. 컴파일러 및/또는 링커는 최종 실행 파일에서 하나의 정의를 제외한 모든 정의를 자동으로 삭제합니다.

그러나 C에서 함수를 인라인하려면 추가로

반드시 컴파일러가 다음을 통해 함수를 인라인할 수 없거나 인라인할 의사가 없는 경우 하나의 정의를 넣을 .o 파일에 명시적으로 지정해야 합니다. 외부 인라인.

예를 들어

정확히 하나의 .c 파일에서 다음과 같은 함수를 선언합니다.

// util.c extern inline int max_int( int, int );

inline int max_int( int a, int b ) {
    return a > b ? a : b;
}

이것은 컴파일러에게 "max_int()에 대한 하나의 정의를 util.o에 넣도록" 지시합니다.

또는 C에서는 인라인 함수를 정적으로 선언할 수도 있습니다.

정적 인라인 int max_int( int a, int b ) { a > b를 반환합니까? a : b; }

inline int max_int( int a, int b ) {
    return a > b ? a : b;
}

이렇게 하면:

어디서든 extern 함수를 인라인으로 선언할 필요는
• 없습니다.
그러나 컴파일러가 함수를 인라인하지 않으면 함수가 다시 포함되는
• 모든 .c 파일에 정의가 생성되어 코드가 팽창하게 됩니다.
함수에 정적 지역 변수가 있는 경우 모든 정의에는
• 고유한 복사본이 있습니다(원하는 것일 수도 있고 아닐 수도 있음).

결론

인라인 함수를 신중하게 사용하면 성능이 향상될 수 있습니다. 일반적으로

매우 작은 함수만이 인라인 처리에 적합한 후보입니다.

C 11부터 인라인 함수를 constexpr로 선언할 수도 있지만 이는 나중에 다루겠습니다.

참고자료

Linux 커널 코딩 스타일, §15 인라인 질병.
C99의 인라인에 대한 신화와 현실.
• 주석이 달린 C 참조 매뉴얼, Margaret A. Ellis & Bjarne Stroustrup, Addison-Wesley, 1990, ISBN 0-201-51459-1, §7.1.2 함수 지정자, pp. 99–105.