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C++ inline 的更进一步理解

news 2025/8/22 9:59:46

文章目录

- - 1.概述
  - 2.ODR(One Definition Rule)问题
  - 3.范例测试代码
  - 4.好坏分析

ODR: One Definition Rule，即单一定义规则， C++ 语言中非常重要的一项规则，它确保程序的行为一致性并避免链接时出现冲突。ODR 的核心思想是在整个程序中，每个实体（如变量、函数、类）应该有且仅有一个定义。

在一个程序的所有翻译单元（通常是源文件）中，同一个函数或变量只能有一个定义。如果某个函数或变量在多个翻译单元中有多个定义，那么编译器在链接阶段会报错。这是为了避免在程序中调用某个函数时，编译器不确定应该使用哪一个版本的定义。

inline：在 C++ 中一般用于建议编译器将函数在调用处进行展开，从而减少函数调用的开销。它是一种编译器优化机制，通常用于小型、简单的函数。

1.概述

现代 C++ 中，inline 的一个重要作用是处理 One Definition Rule (ODR) 问题。

ODR 规定在一个程序中，每个非内联的实体（比如函数或变量）只能有一个定义。然而，如果我们在头文件中定义一个独立函数（而不是声明），并在多个源文件中包含这个头文件，那么编译过程中会产生多个相同的独立函数定义，从而在链接时引发错误。

2.ODR(One Definition Rule)问题

#ifndef _______
#define _______
#include <iostream>void print_message(){std::cout << "Hello,World" << std::endl;
}#endif

多个源码文件包含时：

chVYgFn.o:(.bss+0x0): first defined here
/usr/bin/ld: /tmp/ccMy1ZtX.o: in function `print_message()':
call.cpp:(.text+0x0): multiple definition of `print_message()'; /tmp/cchVYgFn.o:main.cpp:(.text+0x0): first defined here
collect2: error: ld returned 1 exit status

解决这个问题，C++11及之前，可以改为 static 函数

C++17及之后，可以如下修改：

#ifndef _______
#define _______
#include <iostream>inline void print_message(){std::cout << "Hello,World" << std::endl;
}#endif

这里 inline 的作用是告诉编译器和链接器：

这个独立函数或者变量可以在多个翻译单元中定义。
所有这些定义都应该被视为等效的同一个实体（允许多个TU中存在相同定义而不违背ODR，链接时按编译器实现链接某个实现）。

3.范例测试代码

header.h

#ifndef _______
#define _______
#include <iostream>// inline :C++ 17 可以使用 inline，允许多个TU中存在相同定义而不违背ODR，链接时按编译器实现链接某个实现
// static : 也可以使用 static// static/inline
int global_count = 0;// ODR ( One Definition Rule )
// inline 不光是展开，当头文件在多个头文件包含时，
//     没有inline就会存在多个相同函数，造成重定义。
//     但是添加inline，就会保持一份定义。并且与包含一份的 #ifndef / #define 无关。
// inline :C++ 17 可以使用 inline，允许多个TU中存在相同定义而不违背ODR，链接时按编译器实现链接某个实现
// static : 也可以使用 static// static/inline
void print_message(){std::cout << "Hello,World" << std::endl;
}#endif

call.cpp

#include "header.h"

main.cpp

#include "header.h"
#include "header.h"int main(){}

编译：

[root@VM-24-13-centos inline_ODR]# g++ main.cpp call.cpp
/usr/bin/ld: /tmp/ccMo6TBR.o:(.bss+0x0): multiple definition of `global_count'; /tmp/ccEKrehI.o:(.bss+0x0): first defined here
/usr/bin/ld: /tmp/ccMo6TBR.o: in function `print_message()':
call.cpp:(.text+0x0): multiple definition of `print_message()'; /tmp/ccEKrehI.o:main.cpp:(.text+0x0): first defined here
collect2: error: ld returned 1 exit status
[root@VM-24-13-centos inline_ODR]#

声明为 static 或 inline 或 static inline 便不再报错

#ifndef _______
#define _______
#include <iostream>static inline
int global_count = 0;static inline
void print_message(){std::cout << "Hello,World" << std::endl;
}#endif

现代C++更趋向于头文件包含实现，这样做就可以避免C++的ODR问题。

4.好坏分析

① static

static 关键字用于将函数的链接类型设为内部链接。这意味着该函数的作用域仅限于定义它的翻译单元（通常是一个源文件）。
使用 static 修饰的函数在整个程序中是本地的，它不会在其他翻译单元中可见。因此，即使在不同的源文件中定义了同名的 static 函数，它们是互相独立的，不会引起冲突。
static 本身并不会提示编译器进行函数展开。它只影响作用域和链接。
如果要 static 函数被展开，可以配合 inline 使用（static inline），这样既保证本地性又增加展开的可能性。

② inline

inline 函数的链接类型为外部链接（如果没有其他修饰符影响）。它可以在多个翻译单元中使用，但这些翻译单元中的定义必须一致。
编译器会将所有使用 inline 关键字定义的同名函数视为同一个函数，并在链接阶段合并这些定义，从而避免 ODR（One Definition Rule）问题。
inline 是对编译器的建议，提示它可以在调用处直接展开函数体，从而减少函数调用的开销。但这不是强制的，最终是否展开由编译器决定。
在现代编译器中，即使没有 inline，编译器也能根据优化设置自动决定是否展开，因此 inline 更多是解决链接和 ODR 问题的工具。

③ 对比

static：本地可见，多份存在，互不冲突。
inline：被引用时，多份编译单元允许相同存在，解决 ODR 问题，并提示编译器可展开函数。

即，期望应用如下：