面试题：C++类内成员函数定义对性能影响的基础问题

Question

在C++中，将成员函数定义在类内（内联定义）和定义在类外，对程序性能会产生怎样不同的影响？请简要阐述。

Answer 1

内联定义（定义在类内）

1. 优点
   • 潜在性能提升：编译器可能会将内联函数的代码在调用处展开，避免了函数调用的开销（如栈的开辟与恢复、参数传递等），在频繁调用的小函数场景下，可提升程序性能。例如，一个简单的获取成员变量值的getter函数，定义在类内作为内联函数，每次调用时直接展开代码，减少了函数调用的额外开销。
   • 代码紧凑：函数定义和类定义在同一处，代码结构更紧凑，便于理解和维护。比如一个小型的辅助类，其成员函数都定义在类内，整个类的功能一目了然。
2. 缺点
   • 增加代码体积：如果函数体较大，内联展开会使目标代码体积增大，可能导致缓存命中率降低，反而影响性能。例如一个复杂的业务逻辑函数定义为内联，展开后占用大量空间，使得缓存中可容纳的代码量减少。
   • 编译时间增加：编译器需要对每个调用处展开内联函数代码，增加了编译时间。尤其是在大型项目中，内联函数过多会显著延长编译时间。

定义在类外

1. 优点
   • 代码分离：实现了接口和实现的分离，使类的声明更简洁，专注于类的功能描述，而实现部分可以在其他地方详细编写。例如在一个大型类中，将复杂的成员函数实现放在类外，类的头文件中只保留函数声明，提高了代码的可读性和可维护性。
   • 减少编译时间：相比内联函数，不会因代码展开而增加编译时间。特别是对于大型项目，减少编译时间对开发效率有较大提升。
2. 缺点
   • 函数调用开销：每次调用函数时会产生栈操作等函数调用开销，在频繁调用场景下，相比内联函数会降低性能。例如一个简单的计数器自增函数，若定义在类外，每次调用都需要进行函数调用操作，不如内联函数直接展开高效。