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Todo mundo diz que não precisa usar inline nas funções em C ou C++ já que o compilador sabe o que fazer melhor que o programador. Mas se tem na linguagem deve servir para alguma coisa.

Ele é útil em algum caso? Quando usar então?

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O inline existe para dar uma dica para o compilador do que fazer. Está na especificação do C e do C++ que é assim.

O compilador não precisa seguir essa dica. Ele pode linearizar a função (colocar o conteúdo da função onde ela deveria ser chamada) sem dica alguma, e pode manter a chamada mesmo com a dica.

Cada compilador tem sua própria regra em cada plataforma e configuração. É possível ele ignorar completamente sem critério algum.

A dica pode ser útil em casos que não é tão óbvio o que fazer.

  • Nem perca tempo em função grande (poucas linhas já é grande).
  • Funções com laços, mesmo que seja uma linha, também não serão linearizadas (a não ser que o laço seja substituído por código simples, isso se ele conseguir garantir que iterará pouquíssimas vezes, talvez 4).
  • Funções que fazem acesso de I/O nunca compensa.
  • Função que é pouco usada, que não é chamada em laços grandes, dará uma ganho mínimo e poderá ocupar lugar no cache que seria útil para outra otimização melhor.
  • Funções que podem ser usadas por terceiros em módulos externos (DLL) e que pode haver alguma atualização. Se ela for linearizada, a atualização não será usada até um nova compilação.
  • Funções vazias quase sempre serão linearizadas. Se não quer que isto ocorra pelo motivo anterior use um noinline.
  • Em C++ construtores e destrutores sempre terão um código, até mesmo se estiver vazio.

O atributo noinline costuma ser usado para "impedir" o compilador linearizar a função. Cada compilador tem seu jeito de usar esse atributo que não é padrão. Obviamente que cada compilador pode usar a regra que quiser para escolher fazer ou não.

Existe uma forma de garantir que a função não será linearizada, mas isso gera um custo adicional no seu uso por causar uma indireção extra:

void (*pFunc)() = func; //func é uma função definida em algum lugar
//a chamada
pFunc();

Coloquei no GitHub para referência futura.

Em funções recursivas o atributo pode até fazer a otimização transformar uma função em um valor constante.

Para ajudar entender como o compilador funciona, verifique o que ele fez em cada caso que uso o atributo inline.

Artigo interessante sobre o assunto.

Veja também: Sobre __forceinline e __inline.

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A resposta do Maniero é, como sempre, excelente, mas existe outro aspecto semântico do uso do inline que é menos conhecido.

O atributo inline causa um relaxamento das restrições impostas pela "Regra de definição única" (One Definiton Rule). Conforme o padrão:

6 Basics

6.2 One-definition rule

10   Every program shall contain exactly one definition of every non-inline function or variable that is odr-used in that program outside of a discarded statement; no diagnostic required. The definition can appear explicitly in the program, it can be found in the standard or a user-defined library, or (when appropriate) it is implicitly defined (see [class.ctor], [class.dtor] and [class.copy]). An inline function or variable shall be defined in every translation unit in which it is odr-used outside of a discarded statement.

(Ênfase minha)

Isso quer dizer que, ao invés de exigir que a função esteja definida em apenas uma unidade de tradução, o compilador irá definir a função com inline em cada unidade de tradução com a mesma definição.

Como um exemplo, assuma que temos três arquivos:

nop.h

void nop(){}

a.cpp

#include "nop.h"
int main(){}

b.cpp

#include "nop.h"

Compilar utilizando o comando g++ a.cpp b.cpp gera o seguinte erro:

(...): In function `nop()':
b.cpp:(...): multiple definition of `nop()'
(...):a.cpp:(...): first defined here
collect2: error: ld returned 1 exit status

Normalmente, a correção seria criar um quarto arquivo nop.cpp, e ajustar o arquivo nop.h para conter apenas uma declaração:

nop.h

void nop(); // Apenas uma declaração

nop.cpp

#include "nop.h"
void nop(){} // Definição

A outra forma, é claro, é simplesmente transformar a função nop em uma função inline:

nop.h

inline void nop(){}

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