C++ 초급 - 4. 함수와 변수의 범위 (Functions and Variable Scope) (5 - inline 함수 (Inline Functions))

📌 4.5 inline 함수 (Inline Functions)

inline 함수(인라인 함수)는 함수를 호출할 때 발생하는 오버헤드를 줄이기 위해, 컴파일러가 함수 호출을 코드로 직접 치환하는 기능이다.

일반적인 함수 호출은 스택(Stack) 메모리를 사용하고, 함수의 주소로 이동하는 과정(컨텍스트 스위칭)이 필요하다.
반면, inline 함수는 함수의 코드가 호출 위치에 직접 삽입(inline expansion)되어 실행 속도가 향상될 수 있다.

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📌 1. inline 함수의 개념

일반적인 함수 호출 과정

1. 함수 호출 시 매개변수와 반환 주소를 스택에 저장
2. 함수 코드 실행 후 반환
3. 스택에서 데이터 정리 및 반환 주소로 복귀

이러한 과정은 함수를 자주 호출하는 경우 실행 속도를 저하시킬 수 있다.
따라서, inline 함수는 컴파일러가 함수 호출을 코드로 직접 삽입하여 이러한 오버헤드를 줄일 수 있다.

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📌 2. inline 함수 선언 방식

• 함수 정의 앞에 inline 키워드를 추가하면 된다.
• 매크로 함수(macros) 대신 사용할 수 있으며, 타입 안정성을 제공한다.

💡 기본 문법

inline 반환타입 함수이름(매개변수) {
    // 실행할 코드
}

💡 예제: inline 함수 사용

#include <iostream>

// inline 함수 선언
inline int square(int x) {
    return x * x;
}

int main() {
    std::cout << "5의 제곱: " << square(5) << std::endl;
    std::cout << "10의 제곱: " << square(10) << std::endl;
    return 0;
}

🔹 출력 결과

5의 제곱: 25
10의 제곱: 100

💡 설명

• 일반적인 함수 호출과 달리, square(5)는 return 5 * 5;로 직접 치환된다.
• 즉, 함수 호출 과정 없이 연산이 수행되므로 실행 속도가 향상될 수 있다.

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📌 3. 컴파일러의 inline 최적화 방식

컴파일러는 inline 키워드를 보고 무조건 인라인 확장을 수행하지 않으며,
다음과 같은 최적화 원칙을 고려하여 적용 여부를 결정한다.

최적화 조건	설명
짧은 함수(Small Function)	짧은 함수(일반적으로 5~10줄 이하)는 인라인 확장이 유리함.
반복적으로 호출되는 함수	자주 호출되는 함수는 인라인 확장을 통해 성능 향상 가능.
재귀 함수(Recursive Function) 회피	재귀 함수는 인라인 확장이 불가능(무한 루프 발생 가능).
함수 크기가 크면 자동으로 해제	긴 함수는 인라인 확장 시 코드 크기 증가로 인해 성능이 저하될 수 있어 자동 해제됨.

💡 컴파일러가 자동으로 inline 처리하는 경우

• 함수 내용이 매우 짧은 경우 (return 하나만 포함하는 함수)
• 클래스 내부에서 정의된 멤버 함수 (class 내부에서 선언된 함수는 기본적으로 inline 처리됨)

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📌 4. inline 함수의 장점과 단점

🔹 (1) inline 함수의 장점

✅ 함수 호출 오버헤드 감소 → 함수 호출 과정이 제거되므로 실행 속도가 향상됨.
✅ 코드 가독성 유지 → 매크로(#define)보다 가독성이 좋고, 타입 검사를 지원함.
✅ 매개변수 검사 지원 → 매크로와 달리 컴파일 타임에 타입 검사를 수행함.

💡 매크로 대신 inline 사용 예제

#include <iostream>

#define SQUARE_MACRO(x) (x * x)  // 매크로 정의
inline int square_inline(int x) { return x * x; }  // inline 함수

int main() {
    std::cout << "매크로: " << SQUARE_MACRO(5) << std::endl;
    std::cout << "inline 함수: " << square_inline(5) << std::endl;
    return 0;
}

🔹 출력 결과

매크로: 25
inline 함수: 25

💡 설명

• #define을 사용한 매크로는 타입 검사가 불가능하며, 디버깅이 어렵다.
• inline 함수는 타입 검사를 수행하며, 함수처럼 동작하므로 안정성이 높다.

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🔹 (2) inline 함수의 단점

❌ 코드 크기 증가 (Code Bloat) → 함수 호출이 아닌 코드 삽입 방식이므로 함수 크기가 크면 오히려 성능 저하 가능
❌ 디버깅 어려움 → 함수 호출이 사라지므로, 디버깅 과정에서 함수 호출 스택이 남지 않음
❌ 재귀 함수 적용 불가 → inline 함수는 재귀 호출을 지원하지 않음

💡 재귀 함수에서 inline 적용 예제 (비효율적인 경우)

#include <iostream>

// ❌ 재귀 함수에서는 inline 적용 불가
inline int factorial(int n) {
    if (n <= 1) return 1;
    return n * factorial(n - 1);
}

int main() {
    std::cout << "5! = " << factorial(5) << std::endl;
    return 0;
}

🔹 컴파일 오류 발생

error: function 'factorial' declared 'inline' after being called

💡 설명

• 재귀 함수는 함수 호출이 필요하므로 inline 적용이 불가능하다.
• inline 함수는 일반적인 반복 호출에 적합하며, 재귀에는 사용하지 않는 것이 좋다.

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📌 5. 짧은 함수에서 inline을 사용해야 하는 이유

inline 함수는 함수 크기가 작을수록 효과적이다.

• 짧은 함수는 인라인 확장을 통해 성능이 향상될 가능성이 크다.
• 긴 함수는 코드 크기 증가로 인해 실행 성능이 저하될 수 있다.

💡 적절한 inline 함수 예제

#include <iostream>

// 적절한 inline 함수 (짧은 함수)
inline int add(int a, int b) { return a + b; }

int main() {
    std::cout << "3 + 7 = " << add(3, 7) << std::endl;
    return 0;
}

💡 비효율적인 inline 함수 예제

#include <iostream>

// ❌ 함수가 너무 긴 경우 inline을 사용하지 않는 것이 좋다.
inline int longFunction(int a, int b) {
    int result = 0;
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        result += a * b;
    }
    return result;
}

🔹 이 함수는 코드 크기가 커지므로 inline을 사용하지 않는 것이 더 효율적이다.

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📌 6. 정리

구분	설명
inline 함수 개념	함수 호출을 코드로 직접 치환하여 오버헤드 감소
적용 조건	짧은 함수, 빈번히 호출되는 함수
장점	함수 호출 오버헤드 감소, 가독성 유지, 타입 검사 지원
단점	코드 크기 증가, 디버깅 어려움, 재귀 함수 사용 불가
적절한 사용 예시	5~10줄 이하의 작은 함수에 사용