关于 extern inline

本转帖是对上一篇C语言inline的详细讲解的补充.

原文链接: http://wangcong.org/blog/archives/2021

GCC inline : http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Inline.html

（本文是《C语言编程艺术》的一部分，转载请注明出处，勿用于商业用途。）

大家一定对C语言 inline 关键字不陌生，甚至经常用到 static inline 的函数。可能感到陌生的是 extern inline。C11 标准在6.7.4 p7 中对此进行了描述，不过比较生涩难读。简单地讲，static line 和 extern inline 的区别，从名字上也能看得出来，就是编译单元之外可见性的问题。把一个普通函数给内联掉之后，一个显著的区别就是外部可见性没了，怎么能同时既能内联又能保留外部的可见性呢？为了解决这个问题就有了extern inline。

static inline 是说这个函数就这么一个，而且没有外部可见性，在所有的编译单元中大家必须共用这么一个定义，这也是为什么 static inline 通常要放到头文件中的原因；而 extern inline 就不一样了，它是说这个函数虽然只有一个定义，但是既有内联的版本，也有非内联的版本，如果你能看得到它的定义。即在同一个编译单元中，那么你就可以用它的内联版本；看不到的话，你就可以用非内联版本，即和其它普通函数一模一样。

而如果既不带 static 也不带 extern 的话，含义又不同了：前面的 extern inline 只需要定义一次，只是不同的地方看到的版本不同，有的地方看到的是内联的版本，而有的地方看到的只是个 external reference。而仅用 inline 的话，就变成了要定义两次，带 inline 关键字的这个定义就是内联版本，在这个编译单元中都用这个版本，而在外部，还是使用普通的非内联定义。换句话说，带 inline 的定义遮盖住了外部的定义。既然有两个不同的版本，那么也就需要保持这两个版本的定义相同，否则就会有问题。

以上是标准C的定义，而 GNU89 的定义就不同了，基本上是把"extern inline"和"inline"的含义给交换了，“static line” 的含义都是相同的。看下面的标准C的例子：

PLAIN TEXT

//a.c
//C99
extern inline int max(int a, int b)
{
return a> b ? a : b;
}
int a = 10;
int b = 20;
int foo(void)
{
return max(a, b);
}
extern int bar(void);
int main(void)
{
return foo() + bar();
}
//b.c
//C99
extern int max(int a, int b);
int bar(void)
{
int a = 10;
int b = 20;
return max(a, b);
}

我们这么编译：
% gcc -std=c99 -O2 -Wall -W a.c b.c -o c

而我们如果把它编译成 GNU89 的话，就会报错：
% gcc -std=gnu89 -O2 -Wall -W a.c b.c -o c
/tmp/ccAJTzwY.o: In function `bar':
b.c:(.text+0xb): undefined reference to `max'
collect2: ld returned 1 exit status

很明显，因为 GNU89 中的 extern inline 需要两个定义，明显我们少了一个。修改后的代码如下：

PLAIN TEXT

//a.c
//GNU89
extern inline int max(int a, int b)
{
return a> b ? a : b;
}
int a = 10;
int b = 20;
int foo(void)
{
return max(a, b);
}
extern int bar(void);
int main(void)
{
return foo() + bar();
}
// b.c
//GNU89
int max(int a, int b)
{
return a> b ? a : b;
}
int bar(void)
{
int a = 10;
int b = 20;
return max(a, b);
}

glibc 中就用到了 GNU89 的extern inline 特性，在 ctype.h 中，tolower()/toupper() 的定义是：

PLAIN TEXT

# ifdef __USE_EXTERN_INLINES
__extern_inline int
__NTH (tolower (int __c))
{
return __c>= -128 && __c <256 ? (*__ctype_tolower_loc ())[__c] : __c;
}
__extern_inline int
__NTH (toupper (int __c))
{
return __c>= -128 && __c <256 ? (*__ctype_toupper_loc ())[__c] : __c;
}
# endif

而在 ctype/ctype.c 中却是：

PLAIN TEXT

#define __ctype_tolower \
((int32_t *) _NL_CURRENT (LC_CTYPE, _NL_CTYPE_TOLOWER) + 128)
#define __ctype_toupper \
((int32_t *) _NL_CURRENT (LC_CTYPE, _NL_CTYPE_TOUPPER) + 128)
int
tolower (int c)
{
return c>= -128 && c <256 ? __ctype_tolower[c] : c;
}
int
toupper (int c)
{
return c>= -128 && c <256 ? __ctype_toupper[c] : c;
}

顺便说一句，gcc 提供了-fgnu89-inline 和 -fno-gnu89-inline 选项可在编译时控制上述 inline 的行为。

Stackoverflow 上有人做了一个很好的总结，我翻译了一下：

GNU89:

"inline"：函数可能会被内联掉，非内联的版本总是会生成，而且外部可见，因此内联的定义在本编译单元中只能有一次，其它地方看到的是非内联版本。

"static inline"：不会生成外部可见的非内联版本，可能会生成一个 static 的非内联版本。它当然可以被定义多次，因为外部看不到它。

"extern inline"：不会生成一个非内联的版本，但是可以调用一个非内联版本（因此你必须在其它编译单元中定义它）。只能有一个定义的规则当然也适用，非内联版本和内联版本的代码必须是一样的。

C99 (or GNU99):

"inline"：和 GNU89 的 "extern inline" 一样，没有外部可见的函数生成，但是外部可见的函数必须存在，因为有可能会用到它。

"extern inline"：和 GNU89 的 "inline" 一样，会生成外部可见的代码，最多一个编译单元可以使用它。

"static inline"：和 GNU89 的 "static inline" 一样，这是唯一一个在 GNU89 和 C99之间可移植的。

最后，我们可以看大神 Linus Torvalds 如何描述 extern inline：

"static inline" means "we have to have this function, if you use it, but don't inline it, then make a static version of it in this compilation unit". "extern inline" means "I actually _have_ an extern for this function, but if you want to inline it, here's the inline-version".

参考资料：

http://www.greenend.org.uk/rjk/tech/inline.html

http://gcc.gnu.org/ml/gcc/2006-11/msg00006.html

http://stackoverflow.com/questions/6312597/is-inline-without-static-or-extern-ever-useful-in-c99

http://www.cnblogs.com/cnmaizi/archive/2011/01/19/1939686.html

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