• 内联函数和宏


    函数的引入可以减少程序的目标代码,实现程序代码的共享。但是,函数调用也需要一些时间和空间方面的开销,因为调用函数实际上将程序执行流程转移到被调函数中,被调函数的程序代码执行完后,再返回到调用的地方。这种调用操作要求调用前保护现场并记忆执行的地址,返回后恢复现场,并按原来保存的地址继续执行。对于较长的函数这种开销可以忽略不计,但是对于一些函数体代码很短,但又被频繁地调用的函数,就不能忽视这种开销。引入内联函数正是为了解决这个问题,提高程序的运行效率。

    而宏只是在预处理时把宏代码展开,不需要保存现场和恢复现场。所以从执行效率而言宏比函数的执行效率高。但宏也有其两面性,宏不能访问对象的私有成员,宏很容易引起二义性。

    内联函数是C++语言为提高函数执行效率而引进的一种特殊函数。使用宏遇到的负面效果,可完全通过使用内联函数加以解决。内联函数具备宏的效果,同时具备函数的功能。内联函数是真正的函数,但它使用时会像宏一样展开。减小了普通函数执行时保存现场和恢复现场时的开销。因此你可以像普通函数一样使用内联函数,而不必担心像宏处理时产生的那些问题,如宏不进行参数检查而内联函数会进行参数检查。
      在程序编译时,编译器将程序中出现的内联函数的调用表达式用内联函数的函数体来进行替换。由于在编译时将函数体中的代码替代到程序中,因此会增加目标程序代码量,进而增加空间开销,而在时间开销上不象函数调用时那么大,可见它是以目标代码的增加为代价来换取时间的节省。 
    inline函数
      我们看下面的函数,函数体中只有一行语句: 
      double Average(double total, int number)
      {
       return total/number;
      } 
      定义这么简单的函数有必要吗?实际上,它还是有一些优点的:第一,它使程序更可读;第二,它使这段代码可以重复使用。但是,它也有缺点:当它被频繁地调用的时候,由于调用函数的开销,会对应用程序的性能有损失。例如,Average在一个循环语句中重复调用几千次,会降低程序的执行效率。
      那么,有办法避免函数调用的开销吗?对于上面的函数,我么可以把它定义为内联函数的形式:
      inline double Average(double total, int number)
      {
       return total/number;
      }

    上面的内联函数同它的非内联函数相比,仅仅是多了一个关键字inline,它们在功能上并没有区别:前者也是有两个形参,一个double型,一个int型,返回值是double型,且两个形参相除后所得的商作为结果返回。但是,编译器对这两个函数的调用过程的处理是不同的。对于内联函数的调用,编译器是将其函数体放在调用的地方,没有非内联函数调用时的栈内存的创建和释放开销。但是,所执行的计算是完全相同的。

    类的内联函数有两种形式:隐式内联和显式内联

    以下为隐式内联:

    Class CTime

    {

      public:

        CTime();

        ~CTime();

        void Show(){cout<<m_nTime;}

      private:

        time_t m_nTime;

    }

    以下为显式内联

    //Time.h

    Class CTime

    {

      public:

        CTime();

        ~CTime();

        void Show();

      private:

        time_t m_nTime;

    }

    //Time.cpp

    #include<Time.h>

    CTime::CTime(){}

    CTime::~CTime(){}

    inline void CTime::Show()

    {

      cout<<m_nTime;

    }

    内联函数inline关键字必须和函数定义在一起才会有效。

    (1)什么是内联函数?
    内联函数是指那些定义在类体内的成员函数,即该函数的函数体放在类体内。

    (2)为什么要引入内联函数?
    当然,引入内联函数的主要目的是:解决程序中函数调用的效率问题。另外,前面我们讲到了宏,里面有这么一个例子:
    #define ABS(x) ((x)>0? (x):-(x))
    当++i出现时,宏就会歪曲我们的意思,换句话说就是:宏的定义很容易产生二意性。
      
    我们可以看到宏有一些难以避免的问题,怎么解决呢?前面我们已经尽力替换了。

    下面我们用内联函数来解决这些问题。

    (3)为什么inline能取代宏?
    1、 inline 定义的类的内联函数,函数的代码被放入符号表中,在使用时直接进行替换,(像宏一样展开),没有了调用的开销,效率也很高。 
    2、 很明显,类的内联函数也是一个真正的函数,编译器在调用一个内联函数时,会首先检查它的参数的类型,保证调用正确。然后进行一系列的相关检查,就像对待任何一个真正的函数一样。这样就消除了它的隐患和局限性。
    3、 inline 可以作为某个类的成员函数,当然就可以在其中使用所在类的保护成员及私有成员。

    (4)内联函数和宏的区别?
    内联函数和宏的区别在于,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。你可以象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。内联函数与带参数的宏定义进行下比较,它们的代码效率是一样,但是内联欢函数要优于宏定义,因为内联函数遵循的类型和作用域规则,它与一般函数更相近,在一些编译器中,一旦关上内联扩展,将与一般函数一样进行调用,比较方便。 

    (5)什么时候用内联函数?
    内联函数在C++类中,应用最广的,应该是用来定义存取函数。我们定义的类中一般会把数据成员定义成私有的或者保护的,这样,外界就不能直接读写我们类成员的数据了。对于私有或者保护成员的读写就必须使用成员接口函数来进行。如果我们把这些读写成
    员函数定义成内联函数的话,将会获得比较好的效率。
    Class A
    {
    Private:
    int nTest;
     Public:
    int readtest() { return nTest;}
    void settest(int I) { nTest=I; }
    }

    (6)如何使用内联函数?
    我们可以用inline来定义内联函数。
    inline int A (int x) { return 2*x; }
    不过,任何在类的说明部分定义的函数都会被自动的认为是内联函数。

    (7)内联函数的优缺点?
    我们可以把它作为一般的函数一样调用,但是由于内联函数在需要的时候,会像宏一样展开,所以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。(换句话说就是,你使用内联函数,只不过是向编译器提出一个申请,编译器可以拒绝你的申请)这样,内联函数就和普通函数执行效率一样了。

    (8)如何禁止函数进行内联?
    如果使用VC++,可以使用/Ob命令行参数。当然,也可以在程序中使用 #pragma auto_inline达到相同的目的。

    (9)注意事项:
    1.在内联函数内不允许用循环语句和开关语句。
    2.内联函数的定义必须出现在内联函数第一次被调用之前。

    内联函数的编程风格(摘自高质量C++/C 编程指南)

    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。

    内联函数注意事项:

    (1)内联函数一定会内联展开吗?答案是否定的。对于内联函数,程序只是提供了一个“内联建议”,即建议编译器把函数用内联展开,但是真正是否内联,是由编译器决定的,对于函数体过大的函数,编译器一般不会内联,即使制定为内联函数。

    (2)在内联函数内部,不允许用循环语句和开关语句(if或switch)。内联函数内部有循环和开关,也不会出错,但是编译器会把它当做非内联函数的。

    (3)关键字inline必须与函数定义体放在一起才能使函数真正内联,仅把inline放在函数声明的前面不起任何作用。因为inline是一种用于实现的关键字,不是一种用于声明的关键字。内联函数的声明是不需要加inline关键字的,内联函数的定义是必须加inline的(除了类的定义部分的默认内联函数),尽管很多书声明定义都加了,要注意理解声明和定义的区别。

    (4)在一个文件中定义的内联函数不能在另一个文件中使用。它们通常放在头文件中共享。

    (5)内联函数的定义必须在第一次调用之前。注意,这里是定义之前,不仅仅是声明之前。对于普通函数,可以在调用之前声明,调用代码之后具体定义(实现函数),但是内联函数要实现内联,必须先定义再调用,否则编译器会把在定义之前调用的内联函数当做普通函数进行调用。

    (6)说明:上面这些inline的注意事项,在编程时要自己注意,因为上面的注意事项不遵守很多并不会引起编译错误,只是会导致写了inline的函数不是内联函数,从而与预期的目的不一样。所以很多没法用程序实例说明到底编译器是按照inline还是非inline调用的,或许分析汇编代码能看出,但是水平有限,就不多分析了。

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