深入探讨:宏、内联函数与普通函数的区别

2020-01-26 16:05:47

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供稿：网友

内联函数的执行过程与带参数宏定义很相似，但参数的处理不同。带参数的宏定义并不对参数进行运算，而是直接替换
；内联函数首先是函数，这就意味着函数的很多性质都适用于内联函数，即内联函数先把参数表达式进行运算求值，然
后把表达式的值传递给形式参数。
    内联函数与带参数宏定义的另一个区别是，内联函数的参数类型和返回值类型在声明中都有明确的指定；而带参数
宏定义的参数没有类型的概念，只有在宏展开以后，才由编译器检查语法，这就存在很多的安全隐患。
    使用内联函数时，应注意以下问题：
    1）内联函数的定义性声明应该出现在对该函数的第一次调用之前。
    2）内联函数首先是函数，函数的很多性质都适用于内联函数，如内联函数可以重载。
    3）在内联函数中不允许使用循环语句和switch结果，带有异常接口声明的函数也不能声明为内联函数。
先说宏和函数的区别：
1. 宏做的是简单的字符串替换(注意是字符串的替换,不是其他类型参数的替换),而函数的参数的传递,参数是有数据类
型的,可以是各种各样的类型.
2. 宏的参数替换是不经计算而直接处理的,而函数调用是将实参的值传递给形参,既然说是值,自然是计算得来的.
3. 宏在编译之前进行,即先用宏体替换宏名,然后再编译的,而函数显然是编译之后,在执行时,才调用的.因此,宏占用的
是编译的时间,而函数占用的是执行时的时间.
4. 宏的参数是不占内存空间的,因为只是做字符串的替换,而函数调用时的参数传递则是具体变量之间的信息传递,形参
作为函数的局部变量,显然是占用内存的.
5. 函数的调用是需要付出一定的时空开销的,因为系统在调用函数时,要保留现场,然后转入被调用函数去执行,调用完,
再返回主调函数,此时再恢复现场,这些操作,显然在宏中是没有的.
现在来看内联函数:
所谓"内联函数"就是将很简单的函数"内嵌"到调用他的程序代码中,只样做的目的是为了避免上面说到的第5点,目的旨
在节约下原本函数调用时的时空开销.但必须注意的是:作为内联函数,函数体必须十分简单,不能含有循环、条件、选择
等复杂的结构，否则就不能做为内联函数了。事实上，即便你没有指定函数为内联函数，有的编译系统也会自动将很简
单的函数作为内联函数处理；而对于复杂的函数，即便你指定他为内联函数，系统也不会理会的。

介绍内联函数之前，有必要介绍一下预处理宏。内联函数的功能和预处理宏的
功能相似。相信大家都用过预处理宏，我们会经常定义一些宏，如
#define TABLE_COMP(x) ((x)>0?(x):0)
就定义了一个宏。

　　为什么要使用宏呢？因为函数的调用必须要将程序执行的顺序转移到函数
所存放在内存中的某个地址，将函数的程序内容执行完后，再返回到转去执行
该函数前的地方。这种转移操作要求在转去执行前要保存现场并记忆执行的地
址，转回后要恢复现场，并按原来保存地址继续执行。因此，函数调用要有一
定的时间和空间方面的开销，于是将影响其效率。而宏只是在预处理的地方把
代码展开，不需要额外的空间和时间方面的开销，所以调用一个宏比调用一个
函数更有效率。

　　但是宏也有很多的不尽人意的地方。
　　1、．宏不能访问对象的私有成员。
　　2、．宏的定义很容易产生二意性。
我们举个例子：
#define TABLE_MULTI(x) (x*x)
　　我们用一个数字去调用它,TABLE_MULTI(10)，这样看上去没有什么错误，
结果返回100,是正确的，但是如果我们用TABLE_MULTI(10+10)去调用的话，
我们期望的结果是400，而宏的调用结果是(10+10*10+10),结果是120，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。

#define TABLE_MULTI(x) ((x)*(x))

　　这样可以确保不会出错，但是，即使使用了这种定义，这个宏依然有可能
出错，例如使用TABLE_MULTI(a++)调用它，他们本意是希望得到(a+1)*(a+1)的
结果，而实际上呢？我们可以看看宏的展开结果: (a++)*(a++)，如果a的值是
4，我们得到的结果是5*6=30。而我们期望的结果是5*5=25,这又出现了问题。
事实上，在一些C的库函数中也有这些问题。例如: Toupper(*pChar++)就会对
pChar执行两次++操作，因为Toupper实际上也是一个宏。

　　我们可以看到宏有一些难以避免的问题，怎么解决呢？

　　下面就是用我要介绍的内联函数来解决这些问题，我们可以使用内联函数
来取代宏的定义。而且事实上我们可以用内联函数完全取代预处理宏。

　　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。
　　我们可以用Inline来定义内联函数，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。

　　下面我们来介绍一下内联函数的用法。

　　内联函数必须是和函数体申明在一起，才有效。像这样的申明
Inline Tablefunction(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 tablefunction(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。

　　我们也可以将定义在类的外部的函数定义为内联函数，比如：

复制代码代码如下:

 
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;
}

　　上面申明的三个函数都是内联函数。在C++中，在类的内部定义了函数体的
函数，被默认为是内联函数。而不管你是否有inline关键字。

　　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。

复制代码代码如下:

 
Class sample{
　Private:
　　Int nTest;
　Public:
　　Int readtest(){ return nTest;}
　Void settest(int I) {nTest=I;}
}

　　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。

宏的使用
/*这一系列文章《C++ Tips》是公司Code Committee专家会推荐工程师看的，感觉很好，拿出来与大家共同提高。并不
是知道多少会使人与人产生差别，真正的差别在于你能做到多少。
很多程序员不知道C中的“宏”到底是什么意思？特别是当宏有参数的时候，经常把宏和函数混淆。我想在这里我还是
先讲讲“宏”，宏只是一种定义，他定义了一个语句块，当程序编译时，编译器首先要执行一个“替换”源程序的动作
，把宏引用的地方替换成宏定义的语句块，就像文本文件替换一样。这个动作术语叫“宏的展开”。使用宏是比较“危
险”的，因为你不知道宏展开后会是什么一个样子。例如下面这个宏：
   #define MAX(a, b) a>b?a:b
当我们这样使用宏时，没有什么问题： MAX( num1, num2 ); 因为宏展开后变成 num1>num2?num1:num2；。但是，如
果是这样调用的，MAX( 17+32, 25+21); 呢，编译时出现错误，原因是，宏展开后变成：17+32>25+21?17+32:25+21，
Woh，这是什么啊？
所以，宏在使用时，参数一定要加上括号，上述的那个例子改成如下所示就能解决问题了。
   #define MAX( (a), (b) ) (a)>(b)?(a)b)
即使是这样，也不这个宏也还是有Bug，因为如果我这样调用 MAX(i++,j++); ，经过这个宏以后，i和j都被累加了两
次，这绝不是我们想要的。所以，在宏的使用上还是要谨慎考虑，因为宏展开是的结果是很难让人预料的。而且虽然，
宏的执行很快（因为没有函数调用的开销），但宏会让源代码澎涨，使目标文件尺寸变大，（如：一个50行的宏，程序
中有1000个地方用到，宏展开后会很不得了），相反不能让程序执行得更快（因为执行文件变大，运行时系统换页频繁
）。
因此，在决定是用函数，还是用宏时得要小心。

C++中的内联函数定义很简单，只要在普通的函数前加一个关键字inline就可以了，除此之外和普通函数表面上没有什
么区别（包括函数的调用方式），因为这样，所以在很多的C++初学者（甚至一些有C++编程经验的人）看来，内联只
是一个概念而已，其实这是对内联函数没有彻底的认识，下面我们就来谈谈内联函数和普通函数以及和宏的区别，相
信读完下面的部分，你对这三者一定有了很好的理解。
       内联函数和普通函数最大的区别在于内部的实现方面，而不是表面形式，我们知道普通函数在被调用时，系统
首先要跳跃到该函数的入口地址，执行函数体，执行完成后，再返回到函数调用的地方，函数始终只有一个拷贝；而
内联函数则不需要进行一个寻址的过程，当执行到内联函数时，此函数展开（很类似宏的使用），如果在 N处调用了此
内联函数，则此函数就会有N个代码段的拷贝。
       从内联函数的调用来看，它因为少了一个寻址过程而提高了代码的执行效率，但是这是以空间的代价来换取的
。
       声明为内联的函数，其代码段不能太长，过长，一些编译器则视为普通函数（究竟函数体多长就超过了限制，
这个好象没有规定，这个也确实不好规定，个人觉得应该视函数体的逻辑而定）。
      下面是内联函数的声明举例：
     inline void SetVal(int a){ m_b = a};
     inline int GetVal(){ return m_b};
     从上面的例子可以看出，内联函数的声明和实现通常都会在一个文件当中（一般放在.h中就可以了）。
     下面我们再来说说内联函数与宏的区别。很多的资料上，在谈到内联函数时就说，内联函数和宏很类似，但是类
似归类似，毕竟我们不能把这两者互换使用。
     这两者的相似之处在于执行时编译器对其的处理，会将其代码展开，执行完后继续下面的处理。不同之处在于宏
是简单的文本替换，它不能返回值，也没有一般函数参数的概念；而内联函数则具备了普通函数的特征，如参数列表，
返回值等。下面我们举个例子说明：
     1.#define COUNT(X)(X * X) // 一个计算乘积的宏
     2.inline int count(int x){return x*x} //一个计算乘积的内联函数

     printf(COUNT(3)); // 结果为 COUNT(3) ( 3 * 3) = 9;
     printf(count(3)); // 结果为 count(3){return 3*3 }=9;

     上面的例子好象不足以说明两者的区别，我们把上面的例子的调用改改，再看看结果

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

     如果宏要达到乘积为25的结果，应该这样写：
     #define COUNT(X)((X)*(X))
     对应到上面的例子就是 #define COUNT(2+3)((2+3)*(2+3))

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