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inline错误解决

C/C++中的inline关键字

https://blog.shengbin.me/posts/inline-keyword-in-c-c++

https://zhuanlan.zhihu.com/p/28673806

https://www.zhihu.com/question/270847649/answer/358472568

在C/C++中，內联（inline）指的是在使用函数的地方不进行函数调用，而是将函数的实现代码插入到此处。 这样能够以增加代码大小为代价，省下函数调用过程产生的开销，加快程序执行速度。 內联属于编译器的一个优化措施，而inline关键字就是用来告诉编译器，希望对指定的函数做內联优化。

所谓“希望”，意思就是这仅仅是程序员对编译器的优化建议，并不能强制编译器必须将指定的函数內联。 因此，如果一定要将一个函数內联，用inline关键字是不行的，需要使用编译器扩展或配合编译器优化选项。

早期版本的C语言标准，例如C89，并没有inline关键字。C++语言先引入了这个关键字，后来的C语言标准，如C99，将其借鉴了进来。 在inline关键字进入C语言标准之前，很多C编译器，例如GCC，已经把它作为一项编译器扩展支持了。 但问题是，这些编译器扩展中inline关键字的意义与后来的C99标准并不一致。这就导致了代码兼容性的问题。

Clang是一个符合C99标准的编译器。在它的语言兼容性页面，专门针对inline关键字做了说明。 在C99中，被标为inline的函数定义只是用来內联使用的，并不提供该函数的一个外部定义。也就是说，如果在使用函数的地方编译器没有內联，那么程序就必须在别处提供一个该函数没inline标记的定义以供调用。 否则，链接时会报“找不到符号”的错误。例如，下面的C程序用Clang编译时就会报错：

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inline int add(int i, int j) { return i + j; }

int main() {
  int i = add(4, 5);
  return i;
}

GCC（在5.0版本之前）默认采用GNU89模式，也就是C89标准加上它自己的一些扩展。inline关键字在GNU89并没有C99那样“只是用来內联使用”的含义，因此用GCC编译上述程序就没有问题。

要让上述程序被Clang编译通过，有以下几个方法：

  1. 给add函数添加static关键字（前提是这个函数只在当前文件使用，这样的话编译器就知道它不需要一个外部定义了）；
  2. 去掉inline关键字；
  3. 另写一个没有inline关键字的add函数（为避免重复定义，另写的是函数声明）；
  4. 给Clang加上–std=gnu89的选项。

维基百科上列出了使用inline关键字可能带来的一些问题，并指出它并没有那么值得用。 我自己没有使用过这个关键字，而且以后也不会用。是否內联优化一个函数还是交给编译器自己决定吧，程序员可以做些更有意义的事情。

我们先来思考一个问题：既然 inline 只是对编译器作出的「指导性意见」，那么假如编译器拒绝内联任何东西，外部链接（external linkage）的内联函数会在每个包含它的翻译单元中生成一份定义。换作普通函数，多份定义会导致链接时报符号重复，为什么内联函数就不会呢？

C++ 给出的答案是：如果出现重复的内联函数定义，禁止链接器报符号重复，任选一个就好了。

这种做法有那么一点点坏味道：

  • 把烂摊子扔给了链接器
  • 如果不同翻译单元中给出了不同的定义，没有要求给出错误提示

而 C 语言则走的是另一条路：允许函数拥有「外部定义」（external definition）和「内联定义」（inline definition）两种定义。

  • 如果翻译单元中所有对于某个内联函数的声明都只有 inline（没有 static 和 extern），那么该翻译单元中的定义就是内联定义
  • 外部定义就是我们认为的普通的函数定义
  • 内联定义仅在当前翻译单元有效；不同翻译单元之间，允许同时存在外部定义和内联定义
  • 遇到函数调用时，如果对应的内联定义可见，编译器自行决定使用外部定义还是内联定义

也就是说，C 语言中 inline 的正确打开方式是：

  • 将 inline 版本的函数写在 xxx.h 文件里
  • 在 xxx.c 中提供对应的普通版本，或者包含 xxx.h 后将其声明为 extern inline（这样在 xxx.c 这个翻译单元中，就存在 extern inline 的声明，从头文件中包含进来的定义就不再是内联定义，而是外部定义。）

（当然你也可以 static inline，不过那就是另一回事了。）

C
// main.c
#include <stdio.h>
#include "foo.h"

int main()
{
    printf("foo: %d\n", foo());
}


// foo.h
#ifndef FOO_H_
#define FOO_H_

inline int foo()
{
    return 42;
}

#endif  // FOO_H_


// foo.c
#if 1    // 方法一：直接写个 extern inline 完事

#include "foo.h"
extern inline int foo();

#else    // 方法二：自己写个完全不同的外部定义

extern inline int foo()
{
    return 2333;
}

#endif

个人感觉，C 语言这种通过修改游戏规则解决问题的做法，比 C++ 打补丁似的特殊处理要舒服一点。同时也带来了更多的可能性，比如，你肯定已经注意到了，内联定义完全可以和外部定义不同。那么打个比方，在编写函数库时，你就可以对外提供非 inline 版本，库内部使用 inline 版本。对外的非 inline 版本还可以额外加入参数检查之类的功能。

回到题目，由于示例代码中的 f 只用了 inline 修饰，它是「内联定义」。

  • 在较低优化等级下，由于未启用内联，所以编译器决定 main 函数中应该调用 f 的「外部定义」版本，而代码中实际未提供，所以报错
  • 在 -O2 下，由于开启了内联，所以编译器决定 main 函数中应该使用 f 的「内联定义」版本，所以可以通过编译和链接
  • 在 C++ 模式下，一切都按照 C++ 的规则来，没有那么多事，所以可以通过编译和链接

至于 gcc 里各种开关对结果的影响，针对 inline，gcc 有三套不同的语义：

  1. 开启了 -std=gnu89 / 开启了 -fgnu89-inline / 使用了 gnu_inline 属性：使用 gcc 自己的 C 扩展规则（大致就是和 C99 的选择相反，更像 C++ 一点，不过不建议自己没事去了解这种）
  2. 开启了 -std=c99 / 开启了 -std=gnu99 / 使用了更靠后的 C 版本：使用 C99+ 标准中的规则
  3. C++ 模式：不解释