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  • C++内联函数与宏定义

    用内联取代宏:

    1.内联可调试;

    2.可进行类型安全检查或自动类型转换;

    3.可访问成员变量。

    另外,定义在类声明中的成员函数自动转化为内联函数。

    文章(一)

    内联函数与宏定义
      在C中,常用预处理语句#define来代替一个函数定义。例如:
        #define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
      该语句使得程序中每个出现MAX(a,b)函数调用的地方都被宏定义中后面的表达式((a)>(b)?(a):(b))所替换。

      宏定义语句的书写格式有过分的讲究, MAX与括号之间不能有空格,所有的参数都要
      放在括号里。尽管如此,它还是有麻烦:
        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"); //错误地比较int和字符串,没有参数类型检查
        MAX( )函数的求值会由于两个参数值的大小不同而产生不同的副作用。
        MAX(a++,b)的值为2,同时a的值为3;
        MAX(a++,b+10)的值为10,同时a的值为2。
      如果是普通函数,则MAX(a,"HellO")会受到函数调用的检查,但此处不会因为两个参数类型不同而被编译拒之门外。幸运的是,通过一个内联函数可以得到所有宏的替换效能和 所有可预见的状态以及常规函数的类型检查:
        inline int MAX(int a,int b)
        {
         return a>b?a:b;
        }

    1.内联函数与宏的区别:

          传统的宏定义函数可能会引起一些麻烦。

          ex:

               #define F(x) x+x

               void main(){int i=1;F(i++);}

                这里x将被加两次。

            内联函数被编译器自动的用函数的形势添加进代码,而不会出现这种情况。

            内联函数的使用提高了效率(省去了很多函数调用汇编代码如:call和ret等)。

    2.内联函数的使用:

             所有在类的声明中定义的函数将被自动认为是内联函数。

            class A()

           {

                 void c();// not a inline function;

                void d(){ print("d() is a inline function.");}

            }

            如果想将一个全局函数定义为内联函数可用,inline 关键字。

            inline a(){print("a() is a inline function.");}

    注意:

          在内联函数中如果有复杂操作将不被内联。如:循环和递归调用。

    总结:

          将简单短小的函数定义为内联函数将会提高效率。

    文章(二)

    8.5.1 用内联取代宏代码 
    C++ 语言支持函数内联,其目的是为了提高函数的执行效率(速度)。 
    在 C程序中,可以用宏代码提高执行效率。宏代码本身不是函数,但使用起来象函数。预处理器用复制宏代码的方式代替函数调用,省去了参数压栈、生成汇编语言的 CALL调用、返回参数、执行return等过程,从而提高了速度。使用宏代码最大的缺点是容易出错,预处理器在复制宏代码时常常产生意想不到的边际效 应。例如 
    #define MAX(a, b)       (a) > (b) ? (a) : (b) 
    语句  
    result = MAX(i, j) + 2 ; 
    将被预处理器解释为 
    result = (i) > (j) ? (i) : (j) + 2 ; 
    由于运算符‘+’比运算符‘:’的优先级高,所以上述语句并不等价于期望的 
    result = ( (i) > (j) ? (i) : (j) ) + 2 ; 
    如果把宏代码改写为 
    #define MAX(a, b)       ( (a) > (b) ? (a) : (b) ) 
    则可以解决由优先级引起的错误。但是即使使用修改后的宏代码也不是万无一失的,例如语句 
    result = MAX(i++, j); 
    将被预处理器解释为 
    result = (i++) > (j) ? (i++) : (j); 
    对于C++ 而言,使用宏代码还有另一种缺点:无法操作类的私有数据成员。

    让 我们看看C++ 的“函数内联”是如何工作的。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。 
    C++ 语言的函数内联机制既具备宏代码的效率,又增加了安全性,而且可以自由操作类的数据成员。所以在C++ 程序中,应该用内联函数取代所有宏代码,“断言assert”恐怕是唯一的例外。assert是仅在Debug版本起作用的宏,它用于检查“不应该”发生 的情况。为了不在程序的Debug版本和Release版本引起差别,assert不应该产生任何副作用。如果assert是函数,由于函数调用会引起内 存、代码的变动,那么将导致Debug版本与Release版本存在差异。所以assert不是函数,而是宏。(参见6.5节“使用断言”)
    8.5.2 内联函数的编程风格 
    关键字inline必须与函数定义体放在一起才能使函数成为内联,仅将inline放在函数声明前面不起任何作用。如下风格的函数Foo不能成为内联函数: 
    inline void Foo(int x, int y);  // inline仅与函数声明放在一起 
    void Foo(int x, int y) 

    … 

    而如下风格的函数Foo则成为内联函数: 
    void Foo(int x, int y);  
    inline void Foo(int x, int y) // inline与函数定义体放在一起 

    … 

    所 以说,inline是一种“用于实现的关键字”,而不是一种“用于声明的关键字”。一般地,用户可以阅读函数的声明,但是看不到函数的定义。尽管在大多数 教科书中内联函数的声明、定义体前面都加了inline关键字,但我认为inline不应该出现在函数的声明中。这个细节虽然不会影响函数的功能,但是体 现了高质量C++/C程序设计风格的一个基本原则:声明与定义不可混为一谈,用户没有必要、也不应该知道函数是否需要内联。 
    定义在类声明之中的成员函数将自动地成为内联函数,例如 
    class A 

    public: 
    void Foo(int x, int y) { … }  // 自动地成为内联函数 

    将成员函数的定义体放在类声明之中虽然能带来书写上的方便,但不是一种良好的编程风格,上例应该改成: 
    // 头文件 
    class A 

    public: 
    void Foo(int x, int y);  

    // 定义文件 
    inline void A::Foo(int x, int y) 

    … 
    }

    8.5.3 慎用内联 
    内联能提高函数的执行效率,为什么不把所有的函数都定义成内联函数? 
    如果所有的函数都是内联函数,还用得着“内联”这个关键字吗? 
    内 联是以代码膨胀(复制)为代价,仅仅省去了函数调用的开销,从而提高函数的执行效率。如果执行函数体内代码的时间,相比于函数调用的开销较大,那么效率的 收获会很少。另一方面,每一处内联函数的调用都要复制代码,将使程序的总代码量增大,消耗更多的内存空间。以下情况不宜使用内联: 
    (1)如果函数体内的代码比较长,使用内联将导致内存消耗代价较高。 
    (2)如果函数体内出现循环,那么执行函数体内代码的时间要比函数调用的开销大。 
    类的构造函数和析构函数容易让人误解成使用内联更有效。要当心构造函数和析构函数可能会隐藏一些行为,如“偷偷地”执行了基类或成员对象的构造函数和析构函数。所以不要随便地将构造函数和析构函数的定义体放在类声明中。 
    一个好的编译器将会根据函数的定义体,自动地取消不值得的内联(这进一步说明了inline不应该出现在函数的声明中)。 
    8.6 一些心得体会 
    C++ 语言中的重载、内联、缺省参数、隐式转换等机制展现了很多优点,但是这些优点的背后都隐藏着一些隐患。正如人们的饮食,少食和暴食都不可取,应当恰到好 处。我们要辨证地看待C++的新机制,应该恰如其分地使用它们。虽然这会使我们编程时多费一些心思,少了一些痛快,但这才是编程的艺术。

    第9章 类的构造函数、析构函数与赋值函数 
    构造函数、析构函数与赋值函数是每个类最基本的函数。它们太普通以致让人容易麻痹大意,其实这些貌似简单的函数就象没有顶盖的下水道那样危险。 
    每个类只有一个析构函数和一个赋值函数,但可以有多个构造函数(包含一个拷贝构造函数,其它的称为普通构造函数)。对于任意一个类A,如果不想编写上述函数,C++编译器将自动为A产生四个缺省的函数,如 
    A(void); // 缺省的无参数构造函数 
    A(const A &a); // 缺省的拷贝构造函数 
    ~A(void); // 缺省的析构函数 
    A & operate =(const A &a); // 缺省的赋值函数

    这不禁让人疑惑,既然能自动生成函数,为什么还要程序员编写? 
    原因如下: 
    (1)如果使用“缺省的无参数构造函数”和“缺省的析构函数”,等于放弃了自主“初始化”和“清除”的机会,C++发明人Stroustrup的好心好意白费了。 
    (2)“缺省的拷贝构造函数”和“缺省的赋值函数”均采用“位拷贝”而非“值拷贝”的方式来实现,倘若类中含有指针变量,这两个函数注定将出错。

    对于那些没有吃够苦头的C++程序员,如果他说编写构造函数、析构函数与赋值函数很容易,可以不用动脑筋,表明他的认识还比较肤浅,水平有待于提高。 
    本章以类String的设计与实现为例,深入阐述被很多教科书忽视了的道理。String的结构如下: 
    class String 

      public: 
    String(const char *str = NULL); // 普通构造函数 
    String(const String &other); // 拷贝构造函数 
    ~ String(void); // 析构函数 
    String & operate =(const String &other); // 赋值函数 
      private: 
    char   *m_data; // 用于保存字符串 
    };

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