面试题：C++ 短小函数实现方式的性能差异

Question

在C++中，对于短小函数，内联函数和普通函数在性能上有何差异？请详细说明其原理，并举例说明在什么场景下应优先选择内联函数实现短小函数。

Answer 1

性能差异及原理

1. 内联函数
   • 性能优势：对于短小函数，内联函数通常会有性能提升。在编译时，编译器会将内联函数的代码直接嵌入到调用处，避免了函数调用的开销。函数调用需要保存寄存器、跳转到函数地址、执行函数代码、恢复寄存器等操作，这些操作会带来一定的时间和空间开销。内联函数消除了这些开销，使得代码执行更加高效。
   • 原理：编译器在编译阶段，将内联函数体的代码复制到调用该函数的地方，就像宏定义一样展开。但内联函数比宏定义更安全，因为它遵循C++的作用域规则和类型检查。例如，如果内联函数参数是int类型，传入其他类型编译器会报错，而宏定义不会进行这样的类型检查。
2. 普通函数
   • 性能劣势：普通函数每次调用都需要执行函数调用的一系列操作，如栈的操作（压入参数、保存返回地址等），这对于短小函数来说，函数调用的开销在整个函数执行时间中占比较大，从而降低了整体性能。

优先选择内联函数的场景

1. 频繁调用的短小函数：例如，在一个循环中多次调用的获取对象某个属性的简单访问器函数。

class Point {
private:
    int x;
    int y;
public:
    // 内联访问器函数
    inline int getX() const {
        return x;
    }
    // 内联访问器函数
    inline int getY() const {
        return y;
    }
};

int main() {
    Point p;
    for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
        int x = p.getX();
        int y = p.getY();
        // 对x和y进行一些操作
    }
    return 0;
}

在这个例子中，getX和getY函数非常短小，并且在循环中被频繁调用。使用内联函数可以避免每次调用的开销，提升性能。 2. 函数代码简单且执行时间短：如简单的数学运算函数，像计算两个整数之和的函数。

// 内联函数计算两数之和
inline int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int result = add(3, 5);
    return 0;
}

该add函数代码简单，执行时间短，使用内联函数可以消除函数调用开销，提高效率。