淺談內(nèi)聯(lián)函數(shù)與宏定義的區(qū)別詳解
2020-01-26 16:05:42
供稿：網(wǎng)友
用內(nèi)聯(lián)取代宏：
1.內(nèi)聯(lián)函數(shù)在運(yùn)行時可調(diào)試，而宏定義不可以;
2.編譯器會對內(nèi)聯(lián)函數(shù)的參數(shù)類型做安全檢查或自動類型轉(zhuǎn)換（同普通函數(shù)），而宏定義則不會；
3.內(nèi)聯(lián)函數(shù)可以訪問類的成員變量，宏定義則不能；
4.在類中聲明同時定義的成員函數(shù)，自動轉(zhuǎn)化為內(nèi)聯(lián)函數(shù)。
文章（一）
內(nèi)聯(lián)函數(shù)與宏定義
在C中，常用預(yù)處理語句#define來代替一個函數(shù)定義。例如：
#define MAX(a，b) ((a)>(b)?(a):(b))
該語句使得程序中每個出現(xiàn)MAX(a,b)函數(shù)調(diào)用的地方都被宏定義中后面的表達(dá)式((a)>(b)?(a):(b))所替換。
宏定義語句的書寫格式有過分的講究， MAX與括號之間不能有空格，所有的參數(shù)都要
放在括號里。盡管如此，它還是有麻煩：
int a=1，b=0；
MAX(a++,b)； //a被增值2次
MAX(a++,b+10)； //a被增值1次
MAX(a,"Hello")； //錯誤地比較int和字符串，沒有參數(shù)類型檢查
MAX( )函數(shù)的求值會由于兩個參數(shù)值的大小不同而產(chǎn)生不同的副作用。
MAX(a++,b)的值為2，同時a的值為3；
MAX(a++,b+10)的值為10，同時a的值為2。
如果是普通函數(shù)，則MAX(a,"HellO")會受到函數(shù)調(diào)用的檢查，但此處不會因?yàn)閮蓚€參數(shù)類型不同而被編譯拒之門外。幸運(yùn)的是，通過一個內(nèi)聯(lián)函數(shù)可以得到所有宏的替換效能和 所有可預(yù)見的狀態(tài)以及常規(guī)函數(shù)的類型檢查：
inline int MAX(int a，int b)
{
return a>b?a:b；
}
1.內(nèi)聯(lián)函數(shù)與宏的區(qū)別：
傳統(tǒng)的宏定義函數(shù)可能會引起一些麻煩。
ex：
#define F(x) x+x
void main(){int i=1;F(i++);}
這里x將被加兩次。
內(nèi)聯(lián)函數(shù)被編譯器自動的用函數(shù)的形勢添加進(jìn)代碼，而不會出現(xiàn)這種情況。
內(nèi)聯(lián)函數(shù)的使用提高了效率（省去了很多函數(shù)調(diào)用匯編代碼如：call和ret等）。
2.內(nèi)聯(lián)函數(shù)的使用：
所有在類的聲明中定義的函數(shù)將被自動認(rèn)為是內(nèi)聯(lián)函數(shù)。
class A()
{
void c();// not a inline function;
void d(){ print("d() is a inline function.");}
}
如果想將一個全局函數(shù)定義為內(nèi)聯(lián)函數(shù)可用，inline 關(guān)鍵字。
inline a(){print("a() is a inline function.");}
注意：
在內(nèi)聯(lián)函數(shù)中如果有復(fù)雜操作將不被內(nèi)聯(lián)。如：循環(huán)和遞歸調(diào)用。
總結(jié)：
將簡單短小的函數(shù)定義為內(nèi)聯(lián)函數(shù)將會提高效率。
文章（二）
8.5.1 用內(nèi)聯(lián)取代宏代碼
C++ 語言支持函數(shù)內(nèi)聯(lián)，其目的是為了提高函數(shù)的執(zhí)行效率（速度）。
在 C程序中，可以用宏代碼提高執(zhí)行效率。宏代碼本身不是函數(shù)，但使用起來象函數(shù)。預(yù)處理器用復(fù)制宏代碼的方式代替函數(shù)調(diào)用，省去了參數(shù)壓棧、生成匯編語言的 CALL調(diào)用、返回參數(shù)、執(zhí)行return等過程，從而提高了速度。使用宏代碼最大的缺點(diǎn)是容易出錯，預(yù)處理器在復(fù)制宏代碼時常常產(chǎn)生意想不到的邊際效應(yīng)。例如
#define MAX(a, b) (a) > (b) ? (a) : (b)
語句
result = MAX(i, j) + 2 ;
將被預(yù)處理器解釋為
result = (i) > (j) ? (i) : (j) + 2 ;
由于運(yùn)算符‘+'比運(yùn)算符‘:'的優(yōu)先級高，所以上述語句并不等價(jià)于期望的
result = ( (i) > (j) ? (i) : (j) ) + 2 ;
如果把宏代碼改寫為
#define MAX(a, b) ( (a) > (b) ? (a) : (b) )
則可以解決由優(yōu)先級引起的錯誤。但是即使使用修改后的宏代碼也不是萬無一失的，例如語句
result = MAX(i++, j);
將被預(yù)處理器解釋為
result = (i++) > (j) ? (i++) : (j);
對于C++ 而言，使用宏代碼還有另一種缺點(diǎn)：無法操作類的私有數(shù)據(jù)成員。
讓我們看看C++ 的“函數(shù)內(nèi)聯(lián)”是如何工作的。對于任何內(nèi)聯(lián)函數(shù)，編譯器在符號表里放入函數(shù)的聲明（包括名字、參數(shù)類型、返回值類型）。如果編譯器沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)聯(lián)函數(shù)存在錯誤，那么該函數(shù)的代碼也被放入符號表里。在調(diào)用一個內(nèi)聯(lián)函數(shù)時，編譯器首先檢查調(diào)用是否正確（進(jìn)行類型安全檢查，或者進(jìn)行自動類型轉(zhuǎn)換，當(dāng)然對所有的函數(shù)都一樣）。如果正確，內(nèi)聯(lián)函數(shù)的代碼就會直接替換函數(shù)調(diào)用，于是省去了函數(shù)調(diào)用的開銷。這個過程與預(yù)處理有顯著的不同，因?yàn)轭A(yù)處理器不能進(jìn)行類型安全檢查，或者進(jìn)行自動類型轉(zhuǎn)換。假如內(nèi)聯(lián)函數(shù)是成員函數(shù)，對象的地址（this）會被放在合適的地方，這也是預(yù)處理器辦不到的。
C++ 語言的函數(shù)內(nèi)聯(lián)機(jī)制既具備宏代碼的效率，又增加了安全性，而且可以自由操作類的數(shù)據(jù)成員。所以在C++ 程序中，應(yīng)該用內(nèi)聯(lián)函數(shù)取代所有宏代碼，“斷言assert”恐怕是唯一的例外。assert是僅在Debug版本起作用的宏，它用于檢查“不應(yīng)該”發(fā)生的情況。為了不在程序的Debug版本和Release版本引起差別，assert不應(yīng)該產(chǎn)生任何副作用。如果assert是函數(shù)，由于函數(shù)調(diào)用會引起內(nèi)存、代碼的變動，那么將導(dǎo)致Debug版本與Release版本存在差異。所以assert不是函數(shù)，而是宏。（參見6.5節(jié)“使用斷言”）
8.5.2 內(nèi)聯(lián)函數(shù)的編程風(fēng)格
關(guān)鍵字inline必須與函數(shù)定義體放在一起才能使函數(shù)成為內(nèi)聯(lián)，僅將inline放在函數(shù)聲明前面不起任何作用。如下風(fēng)格的函數(shù)Foo不能成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)：
inline void Foo(int x, int y); // inline僅與函數(shù)聲明放在一起
void Foo(int x, int y)
{
…
}
而如下風(fēng)格的函數(shù)Foo則成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)：
void Foo(int x, int y);
inline void Foo(int x, int y) // inline與函數(shù)定義體放在一起
{
…
}
所以說，inline是一種“用于實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵字”，而不是一種“用于聲明的關(guān)鍵字”。一般地，用戶可以閱讀函數(shù)的聲明，但是看不到函數(shù)的定義。盡管在大多數(shù)教科書中內(nèi)聯(lián)函數(shù)的聲明、定義體前面都加了inline關(guān)鍵字，但我認(rèn)為inline不應(yīng)該出現(xiàn)在函數(shù)的聲明中。這個細(xì)節(jié)雖然不會影響函數(shù)的功能，但是體現(xiàn)了高質(zhì)量C++/C程序設(shè)計(jì)風(fēng)格的一個基本原則：聲明與定義不可混為一談，用戶沒有必要、也不應(yīng)該知道函數(shù)是否需要內(nèi)聯(lián)。
定義在類聲明之中的成員函數(shù)將自動地成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，例如
class A
{
public:
void Foo(int x, int y) { … } // 自動地成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)
}
將成員函數(shù)的定義體放在類聲明之中雖然能帶來書寫上的方便，但不是一種良好的編程風(fēng)格，上例應(yīng)該改成：
// 頭文件
class A
{
public:
void Foo(int x, int y)；
}
// 定義文件
inline void A::Foo(int x, int y)
{
…
}
8.5.3 慎用內(nèi)聯(lián)
內(nèi)聯(lián)能提高函數(shù)的執(zhí)行效率，為什么不把所有的函數(shù)都定義成內(nèi)聯(lián)函數(shù)？
如果所有的函數(shù)都是內(nèi)聯(lián)函數(shù)，還用得著“內(nèi)聯(lián)”這個關(guān)鍵字嗎？
內(nèi)聯(lián)是以代碼膨脹（復(fù)制）為代價(jià)，僅僅省去了函數(shù)調(diào)用的開銷，從而提高函數(shù)的執(zhí)行效率。如果執(zhí)行函數(shù)體內(nèi)代碼的時間，相比于函數(shù)調(diào)用的開銷較大，那么效率的收獲會很少。另一方面，每一處內(nèi)聯(lián)函數(shù)的調(diào)用都要復(fù)制代碼，將使程序的總代碼量增大，消耗更多的內(nèi)存空間。以下情況不宜使用內(nèi)聯(lián)：
（1）如果函數(shù)體內(nèi)的代碼比較長，使用內(nèi)聯(lián)將導(dǎo)致內(nèi)存消耗代價(jià)較高。
（2）如果函數(shù)體內(nèi)出現(xiàn)循環(huán)，那么執(zhí)行函數(shù)體內(nèi)代碼的時間要比函數(shù)調(diào)用的開銷大。
類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)容易讓人誤解成使用內(nèi)聯(lián)更有效。要當(dāng)心構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)可能會隱藏一些行為，如“偷偷地”執(zhí)行了基類或成員對象的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。所以不要隨便地將構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的定義體放在類聲明中。
一個好的編譯器將會根據(jù)函數(shù)的定義體，自動地取消不值得的內(nèi)聯(lián)（這進(jìn)一步說明了inline不應(yīng)該出現(xiàn)在函數(shù)的聲明中）。
8.6 一些心得體會
C++ 語言中的重載、內(nèi)聯(lián)、缺省參數(shù)、隱式轉(zhuǎn)換等機(jī)制展現(xiàn)了很多優(yōu)點(diǎn)，但是這些優(yōu)點(diǎn)的背后都隱藏著一些隱患。正如人們的飲食，少食和暴食都不可取，應(yīng)當(dāng)恰到好處。我們要辨證地看待C++的新機(jī)制，應(yīng)該恰如其分地使用它們。雖然這會使我們編程時多費(fèi)一些心思，少了一些痛快，但這才是編程的藝術(shù)。
第9章 類的構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)與賦值函數(shù)
構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)與賦值函數(shù)是每個類最基本的函數(shù)。它們太普通以致讓人容易麻痹大意，其實(shí)這些貌似簡單的函數(shù)就象沒有頂蓋的下水道那樣危險(xiǎn)。
每個類只有一個析構(gòu)函數(shù)和一個賦值函數(shù)，但可以有多個構(gòu)造函數(shù)（包含一個拷貝構(gòu)造函數(shù)，其它的稱為普通構(gòu)造函數(shù)）。對于任意一個類A，如果不想編寫上述函數(shù)，C++編譯器將自動為A產(chǎn)生四個缺省的函數(shù)，如
A(void); // 缺省的無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)
A(const A &a); // 缺省的拷貝構(gòu)造函數(shù)
~A(void); // 缺省的析構(gòu)函數(shù)
A & operate =(const A &a); // 缺省的賦值函數(shù)
這不禁讓人疑惑，既然能自動生成函數(shù)，為什么還要程序員編寫？
原因如下：
（1）如果使用“缺省的無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)”和“缺省的析構(gòu)函數(shù)”，等于放棄了自主“初始化”和“清除”的機(jī)會，C++發(fā)明人Stroustrup的好心好意白費(fèi)了。
（2）“缺省的拷貝構(gòu)造函數(shù)”和“缺省的賦值函數(shù)”均采用“位拷貝”而非“值拷貝”的方式來實(shí)現(xiàn)，倘若類中含有指針變量，這兩個函數(shù)注定將出錯。
對于那些沒有吃夠苦頭的C++程序員，如果他說編寫構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)與賦值函數(shù)很容易，可以不用動腦筋，表明他的認(rèn)識還比較膚淺，水平有待于提高。
本章以類String的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為例，深入闡述被很多教科書忽視了的道理。String的結(jié)構(gòu)如下：
class String
{
public:
String(const char *str = NULL); // 普通構(gòu)造函數(shù)
String(const String &other); // 拷貝構(gòu)造函數(shù)
~ String(void); // 析構(gòu)函數(shù)
String & operate =(const String &other); // 賦值函數(shù)
private:
char *m_data; // 用于保存字符串
};
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在程序編譯時，編譯器將程序中出現(xiàn)的內(nèi)聯(lián)函數(shù)的調(diào)用表達(dá)式用內(nèi)聯(lián)函數(shù)的函數(shù)體來進(jìn)行替換。顯然，這種做法不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)去轉(zhuǎn)回的問題，但是由于在編譯時將函數(shù)休中的代碼被替代到程序中，因此會增加目標(biāo)程序代碼量，進(jìn)而增加空間開銷，而在時間代銷上不象函數(shù)調(diào)用時那么大，可見它是以目標(biāo)代碼的增加為代價(jià)來換取時間的節(jié)省。
