C/C++中的内建函数介绍：介绍C/C++中内建函数的基本概念、用途和作用

引言

C/C++是一种广泛使用的编程语言，它们提供了许多内建函数来帮助开发人员更高效地编写代码。这些内建函数可以大大简化程序的开发和维护，提高程序的性能和可靠性。
本文将介绍C/C++的一些常用内建函数，包括标准库函数和编译器扩展函数。我们将会讨论它们的作用、使用方法以及一些注意事项。希望本文能对广大开发人员有所帮助。

C/C++的内建函数可以分为两类：标准库函数和编译器扩展函数。
标准库函数是C/C++语言提供的标准函数库，包含了大量常用的函数，例如字符串处理、数学运算、文件操作等。标准库函数的使用方法可以参考C/C++语言的相关教程和文档，例如C++ Primer、C++标准库等书籍。
编译器扩展函数是由特定编译器提供的一些额外的函数，通常用于实现一些特定的功能或优化。编译器扩展函数的使用方法和语法可能有些不同，具体可以参考不同编译器的文档和手册。

以下是一些常用的C/C++编译器扩展函数及其对应的编译器：
GCC编译器：具有大量的扩展函数，例如__builtin_expect、__builtin_popcount等。可以参考GCC官方文档进行查阅。
Clang编译器：支持大量的GCC扩展函数，并且提供了一些自己的扩展函数，例如__builtin_assume_aligned、__builtin_bswap等。可以参考Clang官方文档进行查阅。
Visual C++编译器：提供了一些内建函数和宏，例如__assume、__cpuid等。可以参考Visual C++官方文档进行查阅。
另外，网上也有很多关于C/C++内建函数的资料和教程，例如C++ Reference、cppreference.com等。可以根据自己的需要进行查找和学习。

使用内建函数的好处

• 高效：内建函数通常由编译器或操作系统提供，它们经过了高度优化和测试，因此执行速度很快，比自己编写的函数更加高效。
• 可靠：内建函数经过了广泛的测试和验证，具有较高的可靠性和稳定性，可以保证其正确性和安全性。
• 易用：内建函数通常具有直观的接口和语义，可以方便地使用，而且它们已经被广泛使用和熟悉，因此可以节省开发时间和减少错误。
• 可移植：内建函数是标准化的，可以在不同的操作系统和编译器中使用，具有较高的可移植性和兼容性。
• 可读性强：使用内建函数可以使代码更加简洁和易读，因为内建函数通常具有良好的命名和语义，可以更清晰地表达代码的意图。

总之，使用 C/C++ 内建函数可以提高代码的效率、可靠性、可移植性和可读性，是编写高质量、高效率的代码的重要手段之一。

• 内建函数的优化
  

内建函数通常是由编译器实现的特殊函数，可以使用特殊的汇编指令或硬件加速等技术来优化，并且不需要将函数体替换到函数调用处，因此，与内联函数不同，内建函数的优化通常不会导致代码膨胀的问题。

C/C++标准库函数

C/C++标准库相信大家都比较熟悉了就不一一介绍了，另外说明一下，在 C++ 标准库中，类模板和函数模板都不是内建函数。内建函数是指 C++ 语言本身就提供的函数，如 sizeof、typeid、new、delete 等等。

• C语言中的内建函数
  
• 输入输出相关：scanf、printf、getchar、putchar、gets、puts等。
• 数学计算相关：abs、sqrt、pow、exp、log、sin、cos等。
• 字符串相关：strlen、strcpy、strcmp、strstr、strchr等。
• 内存操作相关：memcpy、memset、malloc、calloc、realloc等。
• 类型转换相关：atoi、atof、itoa等。
• 时间日期相关：time、asctime、ctime、strftime等。
• 文件操作相关：fopen、fclose、fread、fwrite、fgets、fputs等。

需要注意的是，这里列举的仅是部分内建函数，实际上C语言标准库中自带了很多函数，使用者可以通过查阅相关文档来了解更多。

• C++ 中的内建函数
  
• 输入输出相关：cin、cout、cerr、clog、scanf、printf等。
• 数学计算相关：abs、sqrt、pow、exp、log、sin、cos等。
• 字符串相关：strlen、strcpy、strcmp、strstr、strchr等。
• 内存操作相关：memcpy、memset、malloc、calloc、realloc等。
• 类型转换相关：static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、const_cast等。
• 异常处理相关：try、catch、throw等。
• 其他常用函数：exit、rand、time、assert等。

需要注意的是，这里列举的仅是部分内建函数，实际上C++语言内置了很多函数，使用者可以通过查阅相关文档来了解更多。

• C++ 标准库中的组件
  
• 类模板：如 std::string、std::vector、std::map 等等，用于表示不同类型的对象。
• 函数模板：如 std::sort、std::max、std::unique 等等，用于对不同类型的对象进行操作。
• 类型定义：如 std::size_t、std::nullptr_t、std::chrono::duration 等等，用于定义不同类型的数据。
• 函数对象：如 std::plus、std::less、std::function 等等，用于表示可调用对象。
• 输入输出流：如 std::cin、std::cout、std::fstream 等等，用于输入输出数据。

以上这些组件都不是内建函数，它们都需要在程序中显式包含相应的头文件才能使用。需要注意的是，有些头文件中可能会包含内建函数的声明，但这并不意味着这些函数就是 C++ 标准库中的组件。

GCC内建函数

GCC是一个流行的C和C++编译器，它支持许多内置函数，这些函数可以帮助程序员编写高效的代码。本文将介绍GCC的一些常用内置函数，包括__builtin_expect、__builtin_popcount、__builtin_prefetch和其他函数。

• __builtin_expect
  

__builtin_expect函数用于提示编译器一个条件表达式的期望结果,使用__builtin_expect函数可以帮助编译器优化分支预测，从而提高程序的性能。
它的原型如下：

long __builtin_expect(long exp, long c);
//其中，exp是条件表达式，c是期望的结果。

• __builtin_popcount
  

__builtin_popcount函数用于计算一个整数中二进制位为1的个数,该函数可以用于位运算和图形处理等场景，可以提高程序的性能。
它的原型如下：

int __builtin_popcount(unsigned int x);

• __builtin_prefetch
  

__builtin_prefetch函数用于预取一个内存地址的数据。它的原型如下：,使用__builtin_prefetch函数可以帮助程序员更好地利用CPU的预取功能，提高程序的性能。
它的原型如下：

void __builtin_prefetch(const void *addr, int rw, int locality);
//其中，addr是要预取的内存地址，rw指定预取的数据是读取还是写入，locality指定预取数据的局部性，可以是0、1或2。>  ```

• 其他函数
  

除了上述函数外，GCC还提供了许多其他的内置函数，例如__builtin_ctz、__builtin_clz等。
这些函数可以帮助程序员更好地编写高效的代码。

• GCC编译器内置函数的官方文档地址：
  

Other Built-in Functions Provided by GCC 12.2.0
该文档详细介绍了GCC编译器支持的所有内置函数，包括函数的语法、用法和实例等。如果你需要了解GCC编译器的内置函数，可以通过该文档进行查阅。

Clang内建函数

Clang是一个流行的C和C++编译器，它支持许多内置函数，这些函数可以帮助程序员编写高效的代码。本文将介绍Clang的一些常用内置函数，包括__builtin_assume_aligned、__builtin_bswap、__builtin_trap和其他函数。

• __builtin_assume_aligned
  

__builtin_assume_aligned函数用于告诉编译器一个指针是对齐的。
它的原型如下：

void * __builtin_assume_aligned (void *ptr, size_t align);
//其中，ptr是要对齐的指针，align是对齐要求，必须是2的幂。

• __builtin_bswap
  

__builtin_bswap函数用于交换一个整数的字节序。它的原型如下：
它的原型如下：

unsigned int __builtin_bswap32(unsigned int x);
unsigned long long __builtin_bswap64(unsigned long long x);
//其中，__builtin_bswap32用于交换32位整数的字节序，__builtin_bswap64用于交换64位整数的字节序。

• __builtin_trap
  

__builtin_trap函数用于生成一个陷阱指令，它会使程序停止执行并进入调试模式。
它的原型如下：

void __builtin_trap (void);
//该函数可用于调试程序，例如在程序中加入一个断点。

• 其他函数
  

除了上述函数外，Clang还提供了许多其他的内置函数，例如__builtin_popcount、__builtin_ctz等，这些函数可以帮助程序员更好地编写高效的代码。

• Clang编译器内建函数的官方文档地址
  

Clang Language Extensions/Builtin Functions
该文档列出了所有内置函数，按照字母顺序进行排列，每个函数的用法、参数、返回值都有详细的说明，非常全面和详细。如果需要了解某个内置函数的具体用法，可以在该文档中查找相应的信息。
此外，Clang编译器还提供了其他一些扩展，如语句表达式、语句标签、变量长度数组等等，这些扩展也有详细的说明，可以在同一文档中查找。

Visual C++内建函数

Visual C++是微软公司推出的一款C++编译器，它与C/C++标准库一起提供了许多内建函数来帮助开发人员更高效地编写代码。这些内建函数可以大大简化程序的开发和维护，提高程序的性能和可靠性。
本文将介绍Visual C++的一些常用内建函数，包括__assume、__cpuid、__debugbreak等。我们将会讨论它们的作用、使用方法以及一些注意事项。希望本文能对广大开发人员有所帮助。

• __assume
  

__assume是VC++中的一个内置函数，它告诉编译器某个条件是不可能出现的，从而优化代码。在某些情况下，编译器无法确定一个条件是否成立，这时可以使用__assume函数来告诉编译器该条件不成立，从而让编译器优化掉相关代码。
使用方法如下：

__assume(条件);

• __cpuid
  

__cpuid是VC++中的一个内置函数，用于获取CPU的信息。它将CPUID指令的返回值存储在指定的四个整数变量中。
使用方法如下：

void __cpuid(int *CPUInfo, int InfoType);
//其中CPUInfo是一个长度为4的整数数组，存储CPUID指令的返回值，InfoType是一个整数，指定要获取的CPU信息类型。

• __debugbreak
  

__debugbreak是VC++中的一个内置函数，用于在调试时打断点。它会在代码中插入一个中断指令，当程序运行到该指令时会触发调试器中断程序的执行，从而方便调试。
使用方法如下：

__debugbreak();
//其中CPUInfo是一个长度为4的整数数组，存储CPUID指令的返回值，InfoType是一个整数，指定要获取的CPU信息类型。

• 其他函数
  

除了以上三个内置函数外，VC++还提供了许多其他的内置函数，如__assume_aligned、__builtin_prefetch、__rdtsc等等，这些函数都有不同的作用和用法，可以根据需要调用。

• 微软VC++编译器内建函数的官方文档地址
  

Alphabetical listing of intrinsic functions
该文档列出了所有内置函数，按照不同的类别进行分类，每个函数的用法、参数、返回值都有详细的说明，非常全面和详细。如果需要了解某个内置函数的具体用法，可以在该文档中查找相应的信息。

重载内建函数

譬如，要重载GCC内建函数，需要使用__builtin_前缀来指定内建函数的名称，并根据函数的签名提供正确的参数。要重载GCC内建函数，您需要使用__builtin_前缀来指定内建函数的名称，并根据函数的签名提供正确的参数。
例如，如果要重载GCC内建的memcpy函数，则可以这样定义自己的函数：

void* __builtin_memcpy(void* dest, const void* src, size_t n) {
    // your implementation here 
    }

请注意，重载内建函数需要非常小心，因为内建函数是由编译器实现的，通常对其进行优化以获得最佳性能。因此，如果您的实现不如编译器提供的实现效率高，则可能会导致性能下降。建议只在必要时才重载内建函数，并进行充分的测试和性能分析。
同时重定义时要指定参数set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -fno-builtin")，否则会报错

结论

C/C++的内建函数是非常有用的工具，可以大大简化程序的编写和提高性能。标准库函数提供了大量常用的函数，可以方便地进行字符串处理、数学运算、文件操作等。编译器扩展函数则可以提供一些特定的功能或优化，例如__builtin_expect可以帮助优化分支预测，__builtin_popcount可以快速计算二进制数中1的个数。
当然，开发人员在使用内建函数时也需要注意一些事项，例如一些函数可能不是跨平台的，一些函数可能会有副作用等。因此，在使用内建函数时一定要仔细阅读相关文档，并根据实际情况进行选择和使用。
总之，熟练掌握C/C++的内建函数可以让开发人员更加高效地编写代码，提高程序的性能和可靠性。