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宏与内联函数

简介:
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第一部分:宏

    为什么要使用宏呢?

    因为函数的调用必须要将程序执行的顺序转移到函数所存放在内存中的某个地址,将函数的程序内容执行完后,再返回到转去执行该函数前的地方。这种转移操作要求在转去执行前要保存现场并记忆执行的地址,转回后要恢复现场,并按原来保存地址继续执行。因此,函数调用要有一定的时间和空间方面的开销,于是将影响其效率。而宏只是在预处理的地方把代码展开,不需要额外的空间和时间方面的开销,所以调用一个宏比调用一个函数更有效率。

    但是宏也有很多的不尽人意的地方。

    在C语言中:

    1、宏容易出现一些边界性的问题,产生二义性;

    在C++中:

    2、宏又不可以调用C++类中的私有或者受保护的成员;

    我们举个例子:

    #define square(x) (x*x)

    我们用一个数字去调用它,如square(5),这样看上去没有什么错误,结果返回25,显然是正确的,但是如果我们用squre(5+5)去调用的话,我们期望的结果是100,而宏的调用结果是(5+5*5+5),结果是35,这显然不是我们要得到的结果。避免这些错误的方法,一是给宏的参数都加上括号。

    #define square(x) ((x)*(x))

    说明:宏在调用的地方,仅仅是简单的代码替换,所以参数要用括号括起来,不会出现函数调用那种压栈、出栈时的时间和空间的开销,执行效率更高。

第二部分:内联函数

    从上面的阐述,可以看到宏有一些难以避免的问题,对于不能访问C++类中私有或者受保护的成员,我们应该如何解决呢?

    内联函数是代码被插入到调用者代码处的函数。如同 #define 宏,内联函数通过避免被调用的开销来提高执行效率,尤其是它能够通过调用(“过程化集成”)被编译器优化。

    内联函数和宏很类似,而区别在于,宏是由预处理器对宏进行替代,而内联函数是通过编译器控制来实现的。而且内联函数是真正的函数,只是在需要用到的时候,内联函数像宏一样的展开,所以取消了函数的参数压栈,减少了调用的开销。你可以像调用函数一样来调用内联函数,而不必担心会产生于处理宏的一些问题。

    内联函数工作原理解释:

    对于任何内联函数,编译器在符号表里放入函数的声明(包括名字、参数类型、返回值类型)。

    如果编译器没有发现内联函数存在错误,那么该函数的代码也被放入符号表里。

    在调用一个内联函数时,编译器首先检查调用是否正确(进行类型安全检查,或者进行自动类型转换,当然对所有的函数都一样)。

    如果正确,内联函数的代码就会直接替换函数调用,于是省去了函数调用的开销。

    这个过程与预处理有显著的不同,因为预处理器不能进行类型安全检查,或者进行自动类型转换。

    假如内联函数是成员函数,对象的地址(this)会被放在合适的地方,这也是预处理器办不到的。

    声明内联函数看上去和普通函数非常相似:

    void f(int i, char c);

    当你定义一个内联函数时,在函数定义前加上 inline 关键字,并且将定义放入头文件:

    inline void f(int i, char c){

       // ...

    }

    内联函数必须是和函数体申明在一起,才有效。

    像这样的声明inline function(int i)是没有效果的,编译器只是把函数作为普通的函数申明,我们必须定义函数体。

    inline int function(int i) { return i*i; }

    这样我们才算定义了一个内联函数。我们可以把它作为一般的函数一样调用。但是执行速度确比一般函数的执行速度要快。

    当然,内联函数也有一定的局限性。就是函数中的执行代码不能太多了,如果,内联函数的函数体过大,一般的编译器会放弃内联方式,而采用普通的方式调用函数。这样,内联函数就和普通函数执行效率一样了。

    有上面的两者的特性,我们可以用内联函数完全取代预处理宏。

第三部分:总结

    inline函数的优点与缺点——

优点:

    1)inline定义的内联函数,函数代码被放入符号表中,在使用时进行替换(像宏一样展开),效率很高。

    2)类的内联函数也是函数。编绎器在调用一个内联函数,首先会检查参数问题,保证调用正确,像对待真正函数一样,消除了隐患及局限性。

    3)inline可以作为类的成员函数,可以使用所在类的保护成员及私有成员。

缺点:

    内联函数以复制为代价,活动产生开销。

    1)如果函数的代码较长,使用内联将消耗过多内存 , 这种情况编译器可能会自动把它作为非内联函数处理。

    2)如果函数体内有循环,那么执行函数代码时间比调用开销大。

    inline与宏的区别

区别如下:

    1)内联在编绎时展开,宏在预编译时展开。 展开的时间不同。

    2)编译内联函数可以嵌入到目标代码,宏只是简单文本替换。

    3)内联会做类型,语法检查,而宏不具这样功能。

    4)宏不是函数,inline函数是函数。

    5)宏定义小心处理宏参数(一般参数要括号起来),否则易出现二义性,而内联定义不会出现。

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