C语言中宏与内联函数解析

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2022-08-06 03:25 184阅读 0赞

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# 一、宏macro #

为什么要使用宏呢？

对于函数，其调用必须要将程序执行的顺序跳转到函数所在内存的某个地址，在将函数程序执行完成后，再跳转回去执行函数调用前的地方。这种跳转操作要求在函数执行前保存现场并记录当前执行地址，函数调用返回后要恢复现场，并按原来保存地址继续执行。因此，函数调用会有一定的时间和空间方面的开销，必将影响程序的运行效率。

对于宏，它只是在预处理的地方把代码展开，而不需要额外的空间和时间方面的开销，因此调用宏比调用函数更有效率。

但是，宏也有很多的问题和缺陷：

（1）在C语言中，宏容易出现一些边界性的问题，容易产生歧义。

（2）在C++语言中，宏不可以调用C++类中的私有或受保护的成员。

举例说明：

#define square(x) (x*x)

我们用一个数字去调用它，如square(5)，这样看上去没有什么错误，结果返回25，显然是正确的，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，如下所示：

#define square(x) ((x)*(x))

# 二、内联函数inline #

从上面的阐述，可以看到宏有一些难以避免的问题，对于不能访问C++类中私有或者受保护的成员，我们应该如何解决呢？

内联函数是代码被插入到调用者代码处的函数。如同 \#define 宏，内联函数通过避免被调用的开销来提高执行效率，尤其是它能够通过调用（过程化集成）被编译器优化。

内联函数和宏很类似，而区别在于，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。你可以像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。

对于内联函数，其工作原理是：

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。

声明内联函数看上去和普通函数非常相似：

void f(int i, char c);

当你定义一个内联函数时，在函数定义前加上 inline 关键字，并且将定义放入头文件：

inline void f(int i, char c){
           // ...
    }

内联函数必须是和函数体声明在一起才有效。

像这样的声明inline function(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 int function(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。

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。

根据上面两者的特性，我们可以用内联函数完全取代预处理宏。

# 三、总结 #

对于内联函数，其优点与缺点如下所示：

**优点：**

1.  inline定义的内联函数，函数代码被放入符号表中，在使用时进行替换（像宏一样展开），效率很高。
2.  类的内联函数也是函数。编绎器在调用一个内联函数，首先会检查参数问题，保证调用正确，像对待真正函数一样，消除了隐患及局限性。
3.  inline可以作为类的成员函数，可以使用所在类的保护成员及私有成员。

**缺点：**

1.  内联函数以复制为代价，活动产生开销。
2.  如果函数的代码较长，使用内联将消耗过多内存 ， 这种情况编译器可能会自动把它作为非内联函数处理。
3.  如果函数体内有循环，那么执行函数代码时间比调用开销大。

对于内联函数与宏，它们的区别如下所示：

1.  内联在编绎时展开，宏在预编译时展开。两者展开的时间不同。
2.  编译内联函数可以嵌入到目标代码，宏只是简单文本替换。
3.  内联会做类型和语法检查，而宏不具有这样功能。
4.  宏不是函数，内联函数是函数。
5.  宏定义小心处理宏参数（一般参数要括号起来），否则易出现二义性，而内联定义不会出现。