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深入探討:宏、內聯函數與普通函數的區別

2020-01-26 16:05:47
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供稿：網友
內聯函數的執行過程與帶參數宏定義很相似，但參數的處理不同。帶參數的宏定義并不對參數進行運算，而是直接替換
；內聯函數首先是函數，這就意味著函數的很多性質都適用于內聯函數，即內聯函數先把參數表達式進行運算求值，然
后把表達式的值傳遞給形式參數。
    內聯函數與帶參數宏定義的另一個區別是，內聯函數的參數類型和返回值類型在聲明中都有明確的指定；而帶參數
宏定義的參數沒有類型的概念，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。
    使用內聯函數時，應注意以下問題：
    1）內聯函數的定義性聲明應該出現在對該函數的第一次調用之前。
    2）內聯函數首先是函數，函數的很多性質都適用于內聯函數，如內聯函數可以重載。
    3）在內聯函數中不允許使用循環語句和switch結果，帶有異常接口聲明的函數也不能聲明為內聯函數。
先說宏和函數的區別：
1. 宏做的是簡單的字符串替換(注意是字符串的替換,不是其他類型參數的替換),而函數的參數的傳遞,參數是有數據類
型的,可以是各種各樣的類型.
2. 宏的參數替換是不經計算而直接處理的,而函數調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. 宏在編譯之前進行,即先用宏體替換宏名,然后再編譯的,而函數顯然是編譯之后,在執行時,才調用的.因此,宏占用的
是編譯的時間,而函數占用的是執行時的時間.
4. 宏的參數是不占內存空間的,因為只是做字符串的替換,而函數調用時的參數傳遞則是具體變量之間的信息傳遞,形參
作為函數的局部變量,顯然是占用內存的.
5. 函數的調用是需要付出一定的時空開銷的,因為系統在調用函數時,要保留現場,然后轉入被調用函數去執行,調用完,
再返回主調函數,此時再恢復現場,這些操作,顯然在宏中是沒有的.
現在來看內聯函數:
所謂"內聯函數"就是將很簡單的函數"內嵌"到調用他的程序代碼中,只樣做的目的是為了避免上面說到的第5點,目的旨
在節約下原本函數調用時的時空開銷.但必須注意的是:作為內聯函數,函數體必須十分簡單,不能含有循環、條件、選擇
等復雜的結構，否則就不能做為內聯函數了。事實上，即便你沒有指定函數為內聯函數，有的編譯系統也會自動將很簡
單的函數作為內聯函數處理；而對于復雜的函數，即便你指定他為內聯函數，系統也不會理會的。

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

　　為什么要使用宏呢？因為函數的調用必須要將程序執行的順序轉移到函數
所存放在內存中的某個地址，將函數的程序內容執行完后，再返回到轉去執行
該函數前的地方。這種轉移操作要求在轉去執行前要保存現場并記憶執行的地
址，轉回后要恢復現場，并按原來保存地址繼續執行。因此，函數調用要有一
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，所以調用一個宏比調用一個
函數更有效率。

　　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、．宏的定義很容易產生二意性。
我們舉個例子：
#define TABLE_MULTI(x) (x*x)
　　我們用一個數字去調用它,TABLE_MULTI(10)，這樣看上去沒有什么錯誤，
結果返回100,是正確的，但是如果我們用TABLE_MULTI(10+10)去調用的話，
我們期望的結果是400，而宏的調用結果是(10+10*10+10),結果是120，這顯
然不是我們要得到的結果。避免這些錯誤的方法，一是給宏的參數都加上括號。

#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++)調用它，他們本意是希望得到(a+1)*(a+1)的
結果，而實際上呢？我們可以看看宏的展開結果: (a++)*(a++)，如果a的值是
4，我們得到的結果是5*6=30。而我們期望的結果是5*5=25,這又出現了問題。
事實上，在一些C的庫函數中也有這些問題。例如: Toupper(*pChar++)就會對
pChar執行兩次++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聯函數來解決這些問題，我們可以使用內聯函數
來取代宏的定義。而且事實上我們可以用內聯函數完全取代預處理宏。

　　內聯函數和宏的區別在于，宏是由預處理器對宏進行替代，而內聯函數是
通過編譯器控制來實現的。而且內聯函數是真正的函數，只是在需要用到的時
候，內聯函數像宏一樣的展開，所以取消了函數的參數壓棧，減少了調用的開
銷。你可以象調用函數一樣來調用內聯函數，而不必擔心會產生于處理宏的一
些問題。
　　我們可以用Inline來定義內聯函數，不過，任何在類的說明部分定義的函
數都會被自動的認為是內聯函數。

　　下面我們來介紹一下內聯函數的用法。
 
　　內聯函數必須是和函數體申明在一起，才有效。像這樣的申明
Inline Tablefunction(int I)是沒有效果的，編譯器只是把函數作為普通的函
數申明，我們必須定義函數體。

Inline tablefunction(int I) {return I*I};
 
　　這樣我們才算定義了一個內聯函數。我們可以把它作為一般的函數一樣調
用。但是執行速度確比一般函數的執行速度要快。

　　我們也可以將定義在類的外部的函數定義為內聯函數，比如：
復制代碼 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都是內聯函數。在C++中，在類的內部定義了函數體的
函數，被默認為是內聯函數。而不管你是否有inline關鍵字。

　　內聯函數在C++類中，應用最廣的，應該是用來定義存取函數。我們定義的
類中一般會把數據成員定義成私有的或者保護的，這樣，外界就不能直接讀寫我
們類成員的數據了。
    對于私有或者保護成員的讀寫就必須使用成員接口函數來進行。如果我們把
這些讀寫成員函數定義成內聯函數的話，將會獲得比較好的效率。
復制代碼 代碼如下:
 
Class sample{
　Private:
　　Int nTest;
　Public:
　　Int readtest(){ return nTest;}
　Void settest(int I) {nTest=I;}
}
 
　　當然，內聯函數也有一定的局限性。就是函數中的執行代碼不能太多了，如
果，內聯函數的函數體過大，一般的編譯器會放棄內聯方式，而采用普通的方式
調用函數。這樣，內聯函數就和普通函數執行效率一樣了。

 
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？特別是當宏有參數的時候，經常把宏和函數混淆。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，當程序編譯時，編譯器首先要執行一個“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
果是這樣調用的，MAX( 17+32, 25+21); 呢，編譯時出現錯誤，原因是，宏展開后變成：17+32>25+21?17+32:25+21，
Woh，這是什么?。?BR>所以，宏在使用時，參數一定要加上括號，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，因為如果我這樣調用 MAX(i++,j++); ， 經過這個宏以后，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慎考慮，因為宏展開是的結果是很難讓人預料的。而且雖然，
宏的執行很快（因為沒有函數調用的開銷），但宏會讓源代碼澎漲，使目標文件尺寸變大，（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），相反不能讓程序執行得更快（因為執行文件變大，運行時系統換頁頻繁
）。
因此，在決定是用函數，還是用宏時得要小心。
 
C++中的內聯函數定義很簡單，只要在普通的函數前加一個關鍵字inline就可以了，除此之外和普通函數表面上沒有什
么區別（包括函數的調用方式），因為這樣，所以在很多的C++初學者（甚至一些有C++編程經驗的人） 看來，內聯只
是一個概念而已，其實這是對內聯函數沒有徹底的認識，下面我們就來談談內聯函數和普通 函數以及和宏的區別，相
信讀完下面的部分，你對這三者一定有了很好的理解。
       內聯函數和普通函數最大的區別在于內部的實現方面，而不是表面形式，我們知道普通函數在被調用時，系統
首先要 跳躍到該函數的入口地址，執行函數體，執行完成后，再返回到函數調用的地方，函數始終只有一個拷貝； 而
內聯函數則不需要進行一個尋址的過程，當執行到內聯函數時，此函數展開（很類似宏的使用），如果在 N處調用了此
內聯函數，則此函數就會有N個代碼段的拷貝。
       從內聯函數的調用來看，它因為少了一個尋址過程而提高了代碼的執行效率，但是這是以空間的代價來換取的
。
       聲明為內聯的函數，其代碼段不能太長，過長，一些編譯器則視為普通 函數（究竟函數體多長就超過了限制，
這個好象沒有規定，這個也確實不好規定，個人覺得應該視函數體的邏輯而定）。
      下面是內聯函數的聲明舉例：
     inline void SetVal(int a){ m_b = a};
     inline int GetVal(){ return m_b};
     從上面的例子可以看出，內聯函數的聲明和實現通常都會在一個文件當中（一般放在.h中就可以了）。
     下面我們再來說說內聯函數與宏的區別。很多的資料上，在談到內聯函數時就說，內聯函數和宏很類似，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行時編譯器對其的處理，會將其代碼展開，執行完后繼續下面的處理。不同之處在于宏
是簡單的文本替換，它不能返回值，也沒有一般函數參數的概念；而內聯函數則具備了普通函數的特征，如參數列表，
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} //一個計算乘積的內聯函數
   
     printf(COUNT(3)); // 結果為 COUNT(3) ( 3 * 3) = 9;
     printf(count(3)); // 結果為 count(3){return 3*3 }=9;

     上面的例子好象不足以說明兩者的區別，我們把上面的例子的調用改改，再看看結果

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

     如果宏要達到乘積為25的結果，應該這樣寫：
     #define COUNT(X)((X)*(X))
     對應到上面的例子就是 #define COUNT(2+3)((2+3)*(2+3))

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