¿La definición de una función dentro de un encabezado siempre hace que el compilador la trate como en línea?

Question

Acabo de enterarme de que la definición de una función C++ dentro del archivo de encabezado de una clase hace que la función esté en línea. Pero sé que poner la palabra clave en línea al lado de una función es solo una sugerencia y el compilador necesariamente no la seguirá. ¿Es esto lo mismo para las funciones de C++ definidas en el encabezado y existe una diferencia en el comportamiento entre una función de C++ independiente y una función de C++ que es parte de una clase?

Answer 1

"definir una función de C++ dentro de archivo de cabecera de una clase hacen que la función en línea"

eso no es verdad. Definir una función (es decir, proporcionar el cuerpo de la función en lugar de solo una declaración) dentro de una definición de clase lo hace en línea. Por "lo hace en línea", quiero decir que es lo mismo que darle la palabra clave en línea. Pero las definiciones de clase no tienen que estar en los encabezados, y los encabezados pueden contener otras cosas además de las definiciones de clases.

Por lo tanto, en este ejemplo, la función foo está implícitamente en línea. La función bar no está implícita en línea:

struct Foo { 
    void foo() {} 
    void bar(); 
}; 

void Foo::bar() {} 

"poner la palabra clave en línea al lado de una función es sólo una sugerencia y el compilador suele seguir necesariamente que"

inline tiene dos efectos. Uno de ellos es una pista para el compilador que puede ignorar. El otro no es opcional, y siempre tiene su efecto. La "pista" es que se recomienda al compilador reemplazar las llamadas a esa función con una copia del código para la función en sí.

El efecto garantizado es que se puede definir una función en línea en varias unidades de traducción, y se pueden vincular entre sí, sin un error de definición múltiple, y el vinculador elimina todas menos una de las copias. Por lo tanto, si el ejemplo anterior aparece en un archivo de encabezado que se comparte entre varias unidades de traducción, el bar debe marcarse explícitamente en línea. De lo contrario, el vinculador descubrirá múltiples definiciones de bar, lo cual no está permitido.

A pesar del nombre, inline en C++ se trata principalmente del segundo efecto obligatorio, no el primero, opcional. Los compiladores de optimización modernos tienen sus propias ideas sobre qué llamadas deben incluirse y no prestan mucha atención al inline al tomar esa decisión. Por ejemplo, he visto que tiene un efecto en gcc a niveles de optimización moderados, pero a niveles bajos, casi nada está en línea, y en niveles altos, aproximadamente todo (si la definición está disponible cuando se compila la llamada) a menos que haga la función demasiado grande.

Si una función está definida en un encabezado o en un archivo cpp no ​​tiene absolutamente ningún efecto en nada por sí mismo. Puede imaginar que lo que #include hace es copiar y pegar el archivo de encabezado en el archivo cpp en el preprocesador, antes de que el compilador lo vea. Si se define una función en la misma unidad de traducción que una llamada a ella, entonces el código de función está disponible para ser ingresado por el compilador. Si están en diferentes unidades de traducción, entonces el código no está disponible y la llamada solo puede ser ingresada por el vinculador, con optimización de todo el programa o similar. Una "unidad de traducción" significa, más o menos, "un archivo cpp, después de copiar y pegar todos los encabezados".

Answer 2

Los compiladores de C++ son libres de elegir lo que estará en línea y lo que no, sin importar qué pistas les dé. No debería importar si la función es parte de una clase o no, o si está en un archivo de encabezado o archivo fuente; el compilador no presta atención a esas cosas mientras toma su decisión.

Answer 3

Si coloca la definición de una función libre de plantilla en un archivo de cabecera, terminará con una definición de función en cada archivo .cpp que incluye el encabezado (directa o indirectamente). Esto puede ocasionar problemas al vincular.

Sin embargo, si declara que la función está en línea, el vinculador se asegurará de que solo use una única definición, incluso si está incluida en varios lugares.

Answer 4

No, no siempre. El compilador lo trata como una sugerencia, al igual que la palabra clave inline, pero en su mayoría decide por sí solo, porque sabe mejor que usted cuáles son los costos y los beneficios. Al especificar el código, se evita la sobrecarga de llamada a la función, pero aumenta el tamaño del código, lo que tiene un impacto negativo en el rendimiento de la caché de instrucciones.

En general, el compilador generalmente ignora estas sugerencias de rendimiento del programador. Lo que no ignora (o más bien, lo que el enlazador no ignora) es que una función declarada inline puede aparecer en varias unidades de compilación, y debe tratarse como copias múltiples de la misma función sin que se produzcan errores del enlazador.