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C++中內(nèi)聯(lián)函數(shù)的應(yīng)用
導(dǎo)語：對比于C語言的函數(shù)，C++增加了重載、內(nèi)聯(lián)、const和virtual四種新機制。下面就由小編為大家介紹一下C++中內(nèi)聯(lián)函數(shù)的應(yīng)用，歡迎大家閱讀!
1 用內(nèi)聯(lián)取代宏代碼
C++語言支持函數(shù)內(nèi)聯(lián)，其目的是為了提高函數(shù)的執(zhí)行效率。在C程序中，可以用宏代碼提高執(zhí)行效率。宏代碼本身不是函數(shù)，但使用起來象函數(shù)。預(yù)處理器用復(fù)制宏代碼的方式代替函數(shù)調(diào)用，省去了參數(shù)壓棧、生成匯編語言的CALL調(diào)用、返回參數(shù)、執(zhí)行return等過程，從而提高了速度。使用宏代碼最大的缺點是容易出錯，預(yù)處理器在復(fù)制宏代碼時常常產(chǎn)生意想不到的邊際效應(yīng)。
例如“#define MAX(a，b) (a)>(b)?(a)：(b)”語句“result=MAX(i，j)+2;”將被預(yù)處理器解釋為“result=(i)>(j)?(i)：(j)+2;”由于運算符‘+’比運算符‘：’的優(yōu)先級高，所以上述語句并不等價于期望的“result=((i)>(j)? (i)：(j))+2;”。如果把宏代碼改寫為“ #define MAX(a，b)((a)>(b)?(a)：(b))”，則可以解決由優(yōu)先級引起的錯誤。但是即使使用修改后的宏代碼也不是萬無一失的，例如語句“result=MAX(i++，j);”將被預(yù)處理器解釋為“result=(i++)>(j)?(i++)：(j);”。對于C++ 而言，使用宏代碼還有另一種缺點，即無法操作類的私有數(shù)據(jù)成員。
讓我們看看C++的“函數(shù)內(nèi)聯(lián)”是如何工作的。對于任何內(nèi)聯(lián)函數(shù)，編譯器在符號表里放入函數(shù)的聲明。如果編譯器沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)聯(lián)函數(shù)存在錯誤，那么該函數(shù)的代碼也被放入符號表里。在調(diào)用一個內(nèi)聯(lián)函數(shù)時，編譯器首先檢查調(diào)用是否正確。如果正確，內(nèi)聯(lián)函數(shù)的代碼就會直接替換函數(shù)調(diào)用，于是省去了函數(shù)調(diào)用的開銷。這個過程與預(yù)處理有顯著的不同，因為預(yù)處理器不能進行類型安全檢查，或者進行自動類型轉(zhuǎn)換。假如內(nèi)聯(lián)函數(shù)是成員函數(shù)，對象的地址會被放在合適的地方，這也是預(yù)處理器辦不到的。
C++語言的函數(shù)內(nèi)聯(lián)機制既具備宏代碼的效率，又增加了安全性，而且可以自由操作類的數(shù)據(jù)成員。所以在C++程序中，應(yīng)該用內(nèi)聯(lián)函數(shù)取代所有宏代碼，“斷言assert”恐怕是唯一的例外。assert是僅在Debug版本起作用的宏，它用于檢查“不應(yīng)該”發(fā)生的情況。為了不在程序的Debug版本和Release版本引起差別，assert不應(yīng)該產(chǎn)生任何副作用。如果assert是函數(shù)，由于函數(shù)調(diào)用會引起內(nèi)存、代碼的變動，那么將導(dǎo)致Debug版本與Release版本存在差異。所以assert不是函數(shù)，而是宏。
2 內(nèi)聯(lián)函數(shù)的編程風(fēng)格
關(guān)鍵字inline必須與函數(shù)定義體放在一起才能使函數(shù)成為內(nèi)聯(lián)，僅將inline放在函數(shù)聲明前面不起任何作用。如下風(fēng)格的函數(shù)Foo不能成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)：
inline void Foo(int x， int y); // inline僅與函數(shù)聲明放在一起
void Foo(int x， int y)
{
…
}
而如下風(fēng)格的函數(shù)Foo則成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)：void Foo(int x， int y);
inline void Foo(int x， int y) // inline與函數(shù)定義體放在一起
{
…
}
所以說，inline是一種“用于實現(xiàn)的關(guān)鍵字”，而不是一種“用于聲明的關(guān)鍵字”。一般地，用戶可以閱讀函數(shù)的聲明，但是看不到函數(shù)的定義。盡管在大多數(shù)教科書中內(nèi)聯(lián)函數(shù)的聲明、定義體前面都加了inline關(guān)鍵字，但我認為inline不應(yīng)該出現(xiàn)在函數(shù)的聲明中。這個細節(jié)雖然不會影響函數(shù)的功能，但是體現(xiàn)了高質(zhì)量C++/C程序設(shè)計風(fēng)格的一個基本原則：聲明與定義不可混為一談，用戶沒有必要、也不應(yīng)該知道函數(shù)是否需要內(nèi)聯(lián)。
定義在類聲明之中的成員函數(shù)將自動地成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，例如
class A
{
public：
void Foo(int x， int y) { … } // 自動地成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)
}
將成員函數(shù)的定義體放在類聲明之中雖然能帶來書寫上的方便，但不是一種良好的編程風(fēng)格，上例應(yīng)該改成：
// 頭文件
class A
{
public：
void Foo(int x， int y);
}
// 定義文件
inline void A：：Foo(int x， int y)
{
…
}
3 慎用內(nèi)聯(lián)
內(nèi)聯(lián)能提高函數(shù)的執(zhí)行效率，為什么不把所有的函數(shù)都定義成內(nèi)聯(lián)函數(shù)?但如果所有的函數(shù)都是內(nèi)聯(lián)函數(shù)，還用得著“內(nèi)聯(lián)”這個關(guān)鍵字嗎?
內(nèi)聯(lián)是以代碼膨脹(復(fù)制)為代價，僅僅省去了函數(shù)調(diào)用的開銷，從而提高函數(shù)的執(zhí)行效率。如果執(zhí)行函數(shù)體內(nèi)代碼的時間，相比于函數(shù)調(diào)用的開銷較大，那么效率的收獲會很少。另一方面，每一處內(nèi)聯(lián)函數(shù)的調(diào)用都要復(fù)制代碼，將使程序的總代碼量增大，消耗更多的內(nèi)存空間。以下情況不宜使用內(nèi)聯(lián)：
⑴如果函數(shù)體內(nèi)的代碼比較長，使用內(nèi)聯(lián)將導(dǎo)致內(nèi)存消耗代價較高。
⑵如果函數(shù)體內(nèi)出現(xiàn)循環(huán)，那么執(zhí)行函數(shù)體內(nèi)代碼的時間要比函數(shù)調(diào)用的開銷大。
類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)容易讓人誤解成使用內(nèi)聯(lián)更有效。要當(dāng)心構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)可能會隱藏一些行為，如“偷偷地”執(zhí)行了基類或成員對象的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。所以不要隨便地將構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的定義體放在類聲明中。一個好的編譯器將會根據(jù)函數(shù)的定義體，自動地取消不值得的內(nèi)聯(lián)，這也進一步說明了inline不應(yīng)該出現(xiàn)在函數(shù)的聲明中。
C++語言中的內(nèi)聯(lián)展現(xiàn)了很多優(yōu)點，但是這些優(yōu)點的背后都隱藏著一些隱患。正如人們的飲食，少食和暴食都不可取，應(yīng)當(dāng)恰到好處。我們要辨證地看待C++的一些新機制，應(yīng)該恰如其分地使用它們。雖然這會使我們編程時多費一些心思，少了一些痛快，但這才是編程的藝術(shù)。
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