(delphi11最新学习资料) Object Pascal 学习笔记---第4章第3节（内联函数）

4.3 内联

​ 在 Object Pascal 中，内联函数和方法是一种低级语言特性，可以带来显著的优化效果。一般来说，当你调用一个方法时，编译器会生成一些代码，让你的程序跳转到一个新的执行点。这意味着要设置堆栈框架并进行一些操作，可能需要十几条机器指令。不过，你执行的方法可能非常简短，甚至可能是一个访问方法，只是设置或返回某个私有字段。在这种情况下，将实际代码复制到调用位置，避免堆栈帧设置和其他一切操作，是非常有意义的。去掉这些开销后，程序的运行速度会更快，尤其是当调用发生在一个执行了数千次的紧凑循环中时。

​ 对于一些非常小的函数，内联所产生的代码甚至可能更少，因为复制过去的代码可能比函数调用所需的代码更少。但要注意的是，如果一个较长的函数被内联，并且这个函数在程序中的许多不同地方被调用，就可能会出现代码膨胀，即不必要地增加了可执行文件的大小。

​ 在 Object Pascal 中，您可以使用 inline 指令要求编译器内联一个函数（或方法），该指令放置在函数（或方法）声明之后。在定义中不需要重复此指令。始终记住，inline 指令只是对编译器的提示，编译器可以决定该函数不适合内联并忽略您的请求（而不以任何方式警告您）。编译器还可能在分析调用代码后，根据调用位置的 $INLINE 指令的状态，内联部分（但不一定是所有的）函数调用。此指令可以假定三个不同的值（请注意，此功能与优化编译器开关无关）：

• 使用 {$INLINE OFF} 您可以在程序、程序的某个部分或特定调用点抑制内联，而不考虑被调用函数中是否存在 inline 指令。
• 使用默认值 {$INLINE ON}，对于由 inline 指令标记的函数，启用内联。
• 使用 {$INLINE AUTO} 编译器通常会内联您用指令标记的函数，以及自动内联非常短的函数。请注意，此指令可能导致代码膨胀。

​ 在 Object Pascal 运行时库中，有许多函数已被标记为内联候选函数。例如，System.Math 单元的 Max 函数有如下定义：

function Max(const A, B: Integer): Integer; overload; inline;

​ 为了测试内联此函数的实际效果，我在 InliningTest 示例中编写了以下循环：

var
   Sw: TStopWatch;
   I, J: Integer;
begin
   J := 0;
   Sw := TStopWatch.StartNew;
   for I := 0 to LoopCount do
     J := Max(I, J);
   Sw.Stop;
   Show('Max ' + J.ToString +
       ' [' + Sw.ElapsedMilliseconds.ToString + ']');

​ 在这段代码中，System.Diagnostics 单元的 TStopWatch 记录是一种结构，用于跟踪在 Start（或 StartNew）和 Stop 调用之间经过的时间（或系统时钟滴答声）。

​ 该窗体有两个按钮，它们都调用了相同的代码，但其中一个按钮在调用处禁用了内联。请注意，您需要使用 Release 配置进行编译才能看到任何区别（因为内联是 Release 的优化）。在我的电脑上，重复运行两千万次（LoopCount 常量的值）后，我得到了以下结果：

// 在 Windows 上（在虚拟机中运行）
Max on 20000000 [17]
Max off 20000000 [45]
// 在 Android 上（在设备上）
Max on 20000000 [280]
Max off 20000000 [376]

​ 我们该如何解读这些数据呢？在 Windows 上，内联可使程序执行速度提高一倍多，而在 Android 上，内联可使程序运行速度提高约 35%。不过，在移动设备上，程序的运行速度要慢得多（慢一个数量级），因此，在 Windows 上，我们可以节省 30 毫秒，而在我的 Android 设备上，这种优化可以节省约 100 毫秒。

​ 同一程序还使用 Length 函数进行了第二次类似测试，这是一个编译器魔法函数，经过专门修改后进行了内联。同样，在 Windows 和 Android 上，内联版本的速度明显更快：

// 在 Windows 上（在虚拟机中运行）
Length inlined 260000013 [11]
Length not inlined 260000013 [40]
// 在 Android 上（在设备上）
Length inlined 260000013 [401]
Length not inlined 260000013 [474]

​ 这是这个第二个测试循环使用的代码：

var
  Sw: TStopWatch;
  I, J: Integer;
  Sample: string;
begin
         J := 0;
         Sample := 'sample string';
         Sw := TStopWatch.StartNew;
         for I := 0 to LoopCount do
           Inc(J, Length(Sample));
         Sw.Stop;
         Show('Length not inlined ' + IntToStr(J) +
             ' [' + IntToStr(Sw.ElapsedMilliseconds) + ']');
       end;

​ Object Pascal 编译器并没有明确限制可内联函数的大小，也没有列出阻止内联的特定结构（for 或 while 循环、条件状态）。不过，由于内联一个大函数几乎没有什么好处，但却有可能带来一些真正的坏处（就代码臃肿而言），因此应该避免内联。

​ 内联的一个限制是，方法或函数不能引用单元implementation部分定义的标识符（如类型、全局变量或函数），因为在调用位置无法访问这些标识符。不过，如果你调用的是一个局部函数，而该函数恰好也是内联的，那么编译器就会接受你的请求，将你的例程内联。

​ 内联的一个缺点是需要更频繁地重新编译单元，因为当你修改一个内联函数时，每个调用位置的代码都需要重新编译。在一个单元中，您可以在调用内联函数之前编写内联函数的代码，但最好将它们放在implementation部分的开头。

注解：Delphi是单次扫描编译器，因此它无法引用尚未看到的函数代码。

​ 在不同的单元中，您需要在 uses 语句中特别添加其他单元的内联函数，即使您不直接调用这些方法。假设单元 A 调用了单元 B 中定义的一个内联函数，如果该函数反过来又调用了单元 C 中的另一个内联函数，那么单元 A 也需要引用单元 C。否则，编译器会发出警告，指出由于缺少单元引用，调用没有被内联。一个相关的影响是，当存在循环单元引用（通过其实现部分）时，函数就永远不会被内联。