题目:什么是内联函数 |
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一、什么叫inline函数? inline(小心,不是online),翻译成“内联”或“内嵌”。意指:当编译器发现某段代码在调用一个内联函数时,它不是去调用该函数,而是将该函数的代码,整段插入到当前位置。这样做的好处是省去了调用的过程,加快程序运行速度。(函数的调用过程,由于有前面所说的参数入栈等操作,所以总要多占用一些时间)。这样做的不好处:由于每当代码调用到内联函数,就需要在调用处直接插入一段该函数的代码,所以程序的体积将增大。拿生活现象比喻,就像电视坏了,通过电话找修理工来,你会嫌慢,于是干脆在家里养了一个修理工。这样当然是快了,不过,修理工住在你家可就要占地儿了。内联函数并不是必须的,它只是为了提高速度而进行的一种修饰。要修饰一个函数为内联型,使用如下格式: inline 函数的声明或定义 简单一句话,在函数声明或定义前加一个 inline 修饰符。 inline int max(int a, int b) { return (a>b)? a : b; } 内联函数的本质是,节省时间但是消耗空间。 二、inline函数的规则 (1)、一个函数可以自已调用自已,称为递归调用(后面讲到),含有递归调用的函数不能设置为inline; (2)、使用了复杂流程控制语句:循环语句和switch语句,无法设置为inline; (3)、由于inline增加体积的特性,所以建议inline函数内的代码应很短小。最好不超过5行。 (4)、inline仅做为一种“请求”,特定的情况下,编译器将不理会inline关键字,而强制让函数成为普通函数。出现这种情况,编译器会给出警告消息。 (5)、在你调用一个内联函数之前,这个函数一定要在之前有声明或已定义为inline,如果在前面声明为普通函数,而在调用代码后面才定义为一个inline函数,程序可以通过编译,但该函数没有实现inline。比如下面代码片段: //函数一开始没有被声明为inline: void foo(); //然后就有代码调用它: foo(); //在调用后才有定义函数为inline: inline void foo() { ...... } 代码是的foo()函数最终没有实现inline; (6)、为了调试方便,在程序处于调试阶段时,所有内联函数都不被实现。 三、使用内联函数时应注意以下几个问题: (1) 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。 (2) 内联函数应该简洁,只有几个语句,如果语句较多,不适合于定义为内联函数。 (3) 内联函数体中,不能有循环语句、if语句或switch语句,否则,函数定义时即使有inline关键字,编译器也会把该函数作为非内联函数处理。 (4) 内联函数要在函数被调用之前声明。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。 四、扩展
在C中为什么要使用宏呢? 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。
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. 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 square(x) (x*x) 我们用一个数字去调用它,square(5),这样看上去没有什么错误,结果返回25,是正确的,但是如果我们用squre (5+5)去调用的话,我们期望的结果是100,而宏的调用结果是(5+5*5+5),结果是35,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 square(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6*6=36。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: class tableClass{ private: int i,j; public: int add() { return iI+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。 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。
下面再举一个例子: 开发人员可以有两种方式告诉编译器需要内联哪些类成员函数,一种是在类的定义体外;一种是在类的定义体内。 (1)当在类的定义体外时,需要在该成员函数的定义前面加“inline”关键字,显式地告诉编译器该函数在调用时需要“内联”处理,如: class Student { public: String GetName(); int GetAge(); void SetAge(int ag); …… private: String name; int age; …… }; inline String GetName() { return name; } inline int GetAge() { return age; } inline void SetAge(int ag) { age = ag; } (2)当在类的定义体内且声明该成员函数时,同时提供该成员函数的实现体。此时,“inline”关键字并不是必需的,如: class Student { public: String GetName() { return name; } int GetAge() { return age; } void SetAge(int ag) { age = ag; } …… private: String name; int age; …… }; 当普通函数(非类成员函数)需要被内联时,则只需要在函数的定义时前面加上“inline”关键字,如: inline int DoSomeMagic(int a, int b) { return a * 13 + b % 4 + 3; } 因为C++是以“编译单元”为单位编译的,而一个编译单元往往大致等于一个“.cpp”文件。在实际编译前,预处理器会将“#include”的各头文件的内容(可能会有递归头文件展开)完整地拷贝到cpp文件对应位置处(另外还会进行宏展开等操作)。预处理器处理后,编译真正开始。一旦C++编译器开始编译,它不会意识到其他cpp文件的存在。因此并不会参考其他cpp文件的内容信息。联想到内联的工作是由编译器完成的,且内联的意思是将被调用内联函数的函数体代码直接代替对该内联函数的调用。这也就意味着,在编译某个编译单元时,如果该编译单元会调用到某个内联函数,那么该内联函数的函数定义(即函数体)必须也包含在该编译单元内。因为编译器使用内联函数体代码替代内联函数调用时,必须知道该内联函数的函数体代码,而且不能通过参考其他编译单元信息来获得这一信息。 如果有多个编译单元会调用到某同一个内联函数,C++规范要求在这多个编译单元中该内联函数的定义必须是完全一致的,这就是“ODR”(one-definition rule)原则。考虑到代码的可维护性,最好将内联函数的定义放在一个头文件中,用到该内联函数的各个编译单元只需#include该头文件即可。进一步考虑,如果该内联函数是一个类的成员函数,这个头文件正好可以是该成员函数所属类的声明所在的头文件。这样看来,类成员内联函数的两种声明可以看成是几乎一样的,虽然一个是在类外,一个在类内。但是两个都在同一个头文件中,编译器都能在#include该头文件后直接取得内联函数的函数体代码。讨论完如何声明一个内联函数,来查看编译器如何内联的。继续上面的例子,假设有个foo函数: #include "student.h" ... void foo() { ... Student abc; abc.SetAge(12); cout |
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