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深入探討:宏、內(nèi)聯(lián)函數(shù)與普通函數(shù)的區(qū)別

來源:本站原創(chuàng)|時間:2020-01-10|欄目:C語言|點擊: 次

內(nèi)聯(lián)函數(shù)的執(zhí)行過程與帶參數(shù)宏定義很相似,但參數(shù)的處理不同。帶參數(shù)的宏定義并不對參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算,而是直接替換
;內(nèi)聯(lián)函數(shù)首先是函數(shù),這就意味著函數(shù)的很多性質(zhì)都適用于內(nèi)聯(lián)函數(shù),即內(nèi)聯(lián)函數(shù)先把參數(shù)表達(dá)式進(jìn)行運(yùn)算求值,然
后把表達(dá)式的值傳遞給形式參數(shù)。
    內(nèi)聯(lián)函數(shù)與帶參數(shù)宏定義的另一個區(qū)別是,內(nèi)聯(lián)函數(shù)的參數(shù)類型和返回值類型在聲明中都有明確的指定;而帶參數(shù)
宏定義的參數(shù)沒有類型的概念,只有在宏展開以后,才由編譯器檢查語法,這就存在很多的安全隱患。
    使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)時,應(yīng)注意以下問題:
    1)內(nèi)聯(lián)函數(shù)的定義性聲明應(yīng)該出現(xiàn)在對該函數(shù)的第一次調(diào)用之前。
    2)內(nèi)聯(lián)函數(shù)首先是函數(shù),函數(shù)的很多性質(zhì)都適用于內(nèi)聯(lián)函數(shù),如內(nèi)聯(lián)函數(shù)可以重載。
    3)在內(nèi)聯(lián)函數(shù)中不允許使用循環(huán)語句和switch結(jié)果,帶有異常接口聲明的函數(shù)也不能聲明為內(nèi)聯(lián)函數(shù)。
先說宏和函數(shù)的區(qū)別:
1. 宏做的是簡單的字符串替換(注意是字符串的替換,不是其他類型參數(shù)的替換),而函數(shù)的參數(shù)的傳遞,參數(shù)是有數(shù)據(jù)類
型的,可以是各種各樣的類型.
2. 宏的參數(shù)替換是不經(jīng)計算而直接處理的,而函數(shù)調(diào)用是將實參的值傳遞給形參,既然說是值,自然是計算得來的.
3. 宏在編譯之前進(jìn)行,即先用宏體替換宏名,然后再編譯的,而函數(shù)顯然是編譯之后,在執(zhí)行時,才調(diào)用的.因此,宏占用的
是編譯的時間,而函數(shù)占用的是執(zhí)行時的時間.
4. 宏的參數(shù)是不占內(nèi)存空間的,因為只是做字符串的替換,而函數(shù)調(diào)用時的參數(shù)傳遞則是具體變量之間的信息傳遞,形參
作為函數(shù)的局部變量,顯然是占用內(nèi)存的.
5. 函數(shù)的調(diào)用是需要付出一定的時空開銷的,因為系統(tǒng)在調(diào)用函數(shù)時,要保留現(xiàn)場,然后轉(zhuǎn)入被調(diào)用函數(shù)去執(zhí)行,調(diào)用完,
再返回主調(diào)函數(shù),此時再恢復(fù)現(xiàn)場,這些操作,顯然在宏中是沒有的.
現(xiàn)在來看內(nèi)聯(lián)函數(shù):
所謂"內(nèi)聯(lián)函數(shù)"就是將很簡單的函數(shù)"內(nèi)嵌"到調(diào)用他的程序代碼中,只樣做的目的是為了避免上面說到的第5點,目的旨
在節(jié)約下原本函數(shù)調(diào)用時的時空開銷.但必須注意的是:作為內(nèi)聯(lián)函數(shù),函數(shù)體必須十分簡單,不能含有循環(huán)、條件、選擇
等復(fù)雜的結(jié)構(gòu),否則就不能做為內(nèi)聯(lián)函數(shù)了。事實上,即便你沒有指定函數(shù)為內(nèi)聯(lián)函數(shù),有的編譯系統(tǒng)也會自動將很簡
單的函數(shù)作為內(nèi)聯(lián)函數(shù)處理;而對于復(fù)雜的函數(shù),即便你指定他為內(nèi)聯(lián)函數(shù),系統(tǒng)也不會理會的。

介紹內(nèi)聯(lián)函數(shù)之前,有必要介紹一下預(yù)處理宏。內(nèi)聯(lián)函數(shù)的功能和預(yù)處理宏的
功能相似。相信大家都用過預(yù)處理宏,我們會經(jīng)常定義一些宏,如
#define TABLE_COMP(x) ((x)>0?(x):0)
就定義了一個宏。

  為什么要使用宏呢?因為函數(shù)的調(diào)用必須要將程序執(zhí)行的順序轉(zhuǎn)移到函數(shù)
所存放在內(nèi)存中的某個地址,將函數(shù)的程序內(nèi)容執(zhí)行完后,再返回到轉(zhuǎn)去執(zhí)行
該函數(shù)前的地方。這種轉(zhuǎn)移操作要求在轉(zhuǎn)去執(zhí)行前要保存現(xiàn)場并記憶執(zhí)行的地
址,轉(zhuǎn)回后要恢復(fù)現(xiàn)場,并按原來保存地址繼續(xù)執(zhí)行。因此,函數(shù)調(diào)用要有一
定的時間和空間方面的開銷,于是將影響其效率。而宏只是在預(yù)處理的地方把
代碼展開,不需要額外的空間和時間方面的開銷,所以調(diào)用一個宏比調(diào)用一個
函數(shù)更有效率。

  但是宏也有很多的不盡人意的地方。
  1、.宏不能訪問對象的私有成員。
  2、.宏的定義很容易產(chǎn)生二意性。
我們舉個例子:
#define TABLE_MULTI(x) (x*x)
  我們用一個數(shù)字去調(diào)用它,TABLE_MULTI(10),這樣看上去沒有什么錯誤,
結(jié)果返回100,是正確的,但是如果我們用TABLE_MULTI(10+10)去調(diào)用的話,
我們期望的結(jié)果是400,而宏的調(diào)用結(jié)果是(10+10*10+10),結(jié)果是120,這顯
然不是我們要得到的結(jié)果。避免這些錯誤的方法,一是給宏的參數(shù)都加上括號。

#define TABLE_MULTI(x) ((x)*(x))
 
  這樣可以確保不會出錯,但是,即使使用了這種定義,這個宏依然有可能
出錯,例如使用TABLE_MULTI(a++)調(diào)用它,他們本意是希望得到(a+1)*(a+1)的
結(jié)果,而實際上呢?我們可以看看宏的展開結(jié)果: (a++)*(a++),如果a的值是
4,我們得到的結(jié)果是5*6=30。而我們期望的結(jié)果是5*5=25,這又出現(xiàn)了問題。
事實上,在一些C的庫函數(shù)中也有這些問題。例如: Toupper(*pChar++)就會對
pChar執(zhí)行兩次++操作,因為Toupper實際上也是一個宏。

  我們可以看到宏有一些難以避免的問題,怎么解決呢?
 
  下面就是用我要介紹的內(nèi)聯(lián)函數(shù)來解決這些問題,我們可以使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)
來取代宏的定義。而且事實上我們可以用內(nèi)聯(lián)函數(shù)完全取代預(yù)處理宏。

  內(nèi)聯(lián)函數(shù)和宏的區(qū)別在于,宏是由預(yù)處理器對宏進(jìn)行替代,而內(nèi)聯(lián)函數(shù)是
通過編譯器控制來實現(xiàn)的。而且內(nèi)聯(lián)函數(shù)是真正的函數(shù),只是在需要用到的時
候,內(nèi)聯(lián)函數(shù)像宏一樣的展開,所以取消了函數(shù)的參數(shù)壓棧,減少了調(diào)用的開
銷。你可以象調(diào)用函數(shù)一樣來調(diào)用內(nèi)聯(lián)函數(shù),而不必?fù)?dān)心會產(chǎn)生于處理宏的一
些問題。
  我們可以用Inline來定義內(nèi)聯(lián)函數(shù),不過,任何在類的說明部分定義的函
數(shù)都會被自動的認(rèn)為是內(nèi)聯(lián)函數(shù)。

  下面我們來介紹一下內(nèi)聯(lián)函數(shù)的用法。
 
  內(nèi)聯(lián)函數(shù)必須是和函數(shù)體申明在一起,才有效。像這樣的申明
Inline Tablefunction(int I)是沒有效果的,編譯器只是把函數(shù)作為普通的函
數(shù)申明,我們必須定義函數(shù)體。

Inline tablefunction(int I) {return I*I};
 
  這樣我們才算定義了一個內(nèi)聯(lián)函數(shù)。我們可以把它作為一般的函數(shù)一樣調(diào)
用。但是執(zhí)行速度確比一般函數(shù)的執(zhí)行速度要快。

  我們也可以將定義在類的外部的函數(shù)定義為內(nèi)聯(lián)函數(shù),比如:

復(fù)制代碼 代碼如下:
 
Class TableClass{
 Private:
  Int I,j;
 Public:
  Int add() { return I+j;};
  Inline int dec() { return I-j;}
  Int GetNum();
}
inline int tableclass::GetNum(){
return I;
}
 
  上面申明的三個函數(shù)都是內(nèi)聯(lián)函數(shù)。在C++中,在類的內(nèi)部定義了函數(shù)體的
函數(shù),被默認(rèn)為是內(nèi)聯(lián)函數(shù)。而不管你是否有inline關(guān)鍵字。

  內(nèi)聯(lián)函數(shù)在C++類中,應(yīng)用最廣的,應(yīng)該是用來定義存取函數(shù)。我們定義的
類中一般會把數(shù)據(jù)成員定義成私有的或者保護(hù)的,這樣,外界就不能直接讀寫我
們類成員的數(shù)據(jù)了。
    對于私有或者保護(hù)成員的讀寫就必須使用成員接口函數(shù)來進(jìn)行。如果我們把
這些讀寫成員函數(shù)定義成內(nèi)聯(lián)函數(shù)的話,將會獲得比較好的效率。
復(fù)制代碼 代碼如下:
 
Class sample{
 Private:
  Int nTest;
 Public:
  Int readtest(){ return nTest;}
 Void settest(int I) {nTest=I;}
}
 
  當(dāng)然,內(nèi)聯(lián)函數(shù)也有一定的局限性。就是函數(shù)中的執(zhí)行代碼不能太多了,如
果,內(nèi)聯(lián)函數(shù)的函數(shù)體過大,一般的編譯器會放棄內(nèi)聯(lián)方式,而采用普通的方式
調(diào)用函數(shù)。這樣,內(nèi)聯(lián)函數(shù)就和普通函數(shù)執(zhí)行效率一樣了。

 
宏的使用
/*這一系列文章《C++ Tips》是公司Code Committee專家會推薦工程師看的,感覺很好,拿出來與大家共同提高。并不
是知道多少會使人與人產(chǎn)生差別,真正的差別在于你能做到多少。
很多程序員不知道C中的“宏”到底是什么意思?特別是當(dāng)宏有參數(shù)的時候,經(jīng)常把宏和函數(shù)混淆。我想在這里我還是
先講講“宏”,宏只是一種定義,他定義了一個語句塊,當(dāng)程序編譯時,編譯器首先要執(zhí)行一個“替換”源程序的動作
,把宏引用的地方替換成宏定義的語句塊,就像文本文件替換一樣。這個動作術(shù)語叫“宏的展開”。使用宏是比較“危
險”的,因為你不知道宏展開后會是什么一個樣子。例如下面這個宏:
   #define MAX(a, b) a>b?a:b
當(dāng)我們這樣使用宏時,沒有什么問題: MAX( num1, num2 ); 因為宏展開后變成 num1>num2?num1:num2;。 但是,如
果是這樣調(diào)用的,MAX( 17+32, 25+21); 呢,編譯時出現(xiàn)錯誤,原因是,宏展開后變成:17+32>25+21?17+32:25+21,
Woh,這是什么???
所以,宏在使用時,參數(shù)一定要加上括號,上述的那個例子改成如下所示就能解決問題了。
   #define MAX( (a), (b) ) (a)>(b)?(a)b)
即使是這樣,也不這個宏也還是有Bug,因為如果我這樣調(diào)用 MAX(i++,j++); , 經(jīng)過這個宏以后,i和j都被累加了兩
次,這絕不是我們想要的。所以,在宏的使用上還是要謹(jǐn)慎考慮,因為宏展開是的結(jié)果是很難讓人預(yù)料的。而且雖然,
宏的執(zhí)行很快(因為沒有函數(shù)調(diào)用的開銷),但宏會讓源代碼澎漲,使目標(biāo)文件尺寸變大,(如:一個50行的宏,程序
中有1000個地方用到,宏展開后會很不得了),相反不能讓程序執(zhí)行得更快(因為執(zhí)行文件變大,運(yùn)行時系統(tǒng)換頁頻繁
)。
因此,在決定是用函數(shù),還是用宏時得要小心。
 
C++中的內(nèi)聯(lián)函數(shù)定義很簡單,只要在普通的函數(shù)前加一個關(guān)鍵字inline就可以了,除此之外和普通函數(shù)表面上沒有什
么區(qū)別(包括函數(shù)的調(diào)用方式),因為這樣,所以在很多的C++初學(xué)者(甚至一些有C++編程經(jīng)驗的人) 看來,內(nèi)聯(lián)只
是一個概念而已,其實這是對內(nèi)聯(lián)函數(shù)沒有徹底的認(rèn)識,下面我們就來談?wù)剝?nèi)聯(lián)函數(shù)和普通 函數(shù)以及和宏的區(qū)別,相
讀完下面的部分,你對這三者一定有了很好的理解。
       內(nèi)聯(lián)函數(shù)和普通函數(shù)最大的區(qū)別在于內(nèi)部的實現(xiàn)方面,而不是表面形式,我們知道普通函數(shù)在被調(diào)用時,系統(tǒng)
首先要 跳躍到該函數(shù)的入口地址,執(zhí)行函數(shù)體,執(zhí)行完成后,再返回到函數(shù)調(diào)用的地方,函數(shù)始終只有一個拷貝; 而
內(nèi)聯(lián)函數(shù)則不需要進(jìn)行一個尋址的過程,當(dāng)執(zhí)行到內(nèi)聯(lián)函數(shù)時,此函數(shù)展開(很類似宏的使用),如果在 N處調(diào)用了此
內(nèi)聯(lián)函數(shù),則此函數(shù)就會有N個代碼段的拷貝。
       從內(nèi)聯(lián)函數(shù)的調(diào)用來看,它因為少了一個尋址過程而提高了代碼的執(zhí)行效率,但是這是以空間的代價來換取的
。
       聲明為內(nèi)聯(lián)的函數(shù),其代碼段不能太長,過長,一些編譯器則視為普通 函數(shù)(究竟函數(shù)體多長就超過了限制,
這個好象沒有規(guī)定,這個也確實不好規(guī)定,個人覺得應(yīng)該視函數(shù)體的邏輯而定)。
      下面是內(nèi)聯(lián)函數(shù)的聲明舉例:
     inline void SetVal(int a){ m_b = a};
     inline int GetVal(){ return m_b};
     從上面的例子可以看出,內(nèi)聯(lián)函數(shù)的聲明和實現(xiàn)通常都會在一個文件當(dāng)中(一般放在.h中就可以了)。
     下面我們再來說說內(nèi)聯(lián)函數(shù)與宏的區(qū)別。很多的資料上,在談到內(nèi)聯(lián)函數(shù)時就說,內(nèi)聯(lián)函數(shù)和宏很類似,但是類
似歸類似,畢竟我們不能把這兩者互換使用。
     這兩者的相似之處在于執(zhí)行時編譯器對其的處理,會將其代碼展開,執(zhí)行完后繼續(xù)下面的處理。不同之處在于宏
是簡單的文本替換,它不能返回值,也沒有一般函數(shù)參數(shù)的概念;而內(nèi)聯(lián)函數(shù)則具備了普通函數(shù)的特征,如參數(shù)列表,
返回值等。下面我們舉個例子說明:
     1.#define COUNT(X)(X * X) // 一個計算乘積的宏
     2.inline int count(int x){return x*x} //一個計算乘積的內(nèi)聯(lián)函數(shù)
   
     printf(COUNT(3)); // 結(jié)果為 COUNT(3) ( 3 * 3) = 9;
     printf(count(3)); // 結(jié)果為 count(3){return 3*3 }=9;

     上面的例子好象不足以說明兩者的區(qū)別,我們把上面的例子的調(diào)用改改,再看看結(jié)果

     printf(COUNT(2+3)); //結(jié)果為COUNT(2+3)(2+3 * 2+3) = 11
     printf(count(2+3)); //結(jié)果為count(2+3){return 5*5 ;} = 25;

     如果宏要達(dá)到乘積為25的結(jié)果,應(yīng)該這樣寫:
     #define COUNT(X)((X)*(X))
     對應(yīng)到上面的例子就是 #define COUNT(2+3)((2+3)*(2+3))

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