C语言中宏与内联函数解析

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简介: 版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/zhaobryant/article/details/42010859 一、宏macro为什么要使用宏呢?对于函数,其调用必须要将程序执行的顺序跳转到函数所在内存的某个地址,在将函数程序执行完成后,再跳转回去执行函数调用前的地方。
版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/zhaobryant/article/details/42010859

一、宏macro

为什么要使用宏呢?

对于函数,其调用必须要将程序执行的顺序跳转到函数所在内存的某个地址,在将函数程序执行完成后,再跳转回去执行函数调用前的地方。这种跳转操作要求在函数执行前保存现场并记录当前执行地址,函数调用返回后要恢复现场,并按原来保存地址继续执行。因此,函数调用会有一定的时间和空间方面的开销,必将影响程序的运行效率。

对于宏,它只是在预处理的地方把代码展开,而不需要额外的空间和时间方面的开销,因此调用宏比调用函数更有效率。

但是,宏也有很多的问题和缺陷:

(1)在C语言中,宏容易出现一些边界性的问题,容易产生歧义。

(2)在C++语言中,宏不可以调用C++类中的私有或受保护的成员。

举例说明:

#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,如下所示:

#define square(x) ((x)*(x))

二、内联函数inline

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。

对于内联函数,其工作原理是:

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声明在一起才有效。

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。

根据上面两者的特性,我们可以用内联函数完全取代预处理宏。

三、总结

对于内联函数,其优点与缺点如下所示:

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:

  1. 内联函数以复制为代价,活动产生开销。
  2. 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。
  3. 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。

对于内联函数与宏,它们的区别如下所示:

  1. 内联在编绎时展开,宏在预编译时展开。两者展开的时间不同。
  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. 内联会做类型和语法检查,而宏不具有这样功能。
  4. 宏不是函数,内联函数是函数。
  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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