C++中內聯函數的應用

導語:對比於C語言的函數,C++增加了重載、內聯、const和virtual四種新機制。下面就由小編爲大家介紹一下C++中內聯函數的應用,歡迎大家閱讀!

C++中內聯函數的應用

  1 用內聯取代宏代碼

C++語言支持函數內聯,其目的是爲了提高函數的執行效率。在C程序中,可以用宏代碼提高執行效率。宏代碼本身不是函數,但使用起來象函數。預處理器用複製宏代碼的方式代替函數調用,省去了參數壓棧、生成彙編語言的CALL調用、返回參數、執行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,預處理器在複製宏代碼時常常產生意想不到的邊際效應。

例如“#define MAX(a,b) (a)>(b)?(a):(b)”語句“result=MAX(i,j)+2;”將被預處理器解釋爲“result=(i)>(j)?(i):(j)+2;”由於運算符‘+’比運算符‘:’的優先級高,所以上述語句並不等價於期望的“result=((i)>(j)? (i):(j))+2;”。如果把宏代碼改寫爲“ #define MAX(a,b)((a)>(b)?(a):(b))”,則可以解決由優先級引起的錯誤。但是即使使用修改後的宏代碼也不是萬無一失的,例如語句“result=MAX(i++,j);”將被預處理器解釋爲“result=(i++)>(j)?(i++):(j);”。對於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據成員。

讓我們看看C++的“函數內聯”是如何工作的。對於任何內聯函數,編譯器在符號表裏放入函數的聲明。如果編譯器沒有發現內聯函數存在錯誤,那麼該函數的代碼也被放入符號表裏。在調用一個內聯函數時,編譯器首先檢查調用是否正確。如果正確,內聯函數的代碼就會直接替換函數調用,於是省去了函數調用的開銷。這個過程與預處理有顯著的不同,因爲預處理器不能進行類型安全檢查,或者進行自動類型轉換。假如內聯函數是成員函數,對象的地址會被放在合適的地方,這也是預處理器辦不到的。

C++語言的函數內聯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據成員。所以在C++程序中,應該用內聯函數取代所有宏代碼,“斷言assert”恐怕是唯一的例外。assert是僅在Debug版本起作用的宏,它用於檢查“不應該”發生的情況。爲了不在程序的Debug版本和Release版本引起差別,assert不應該產生任何副作用。如果assert是函數,由於函數調用會引起內存、代碼的變動,那麼將導致Debug版本與Release版本存在差異。所以assert不是函數,而是宏。

  2 內聯函數的編程風格

關鍵字inline必須與函數定義體放在一起才能使函數成爲內聯,僅將inline放在函數聲明前面不起任何作用。如下風格的函數Foo不能成爲內聯函數:

inline void Foo(int x, int y); // inline僅與函數聲明放在一起

void Foo(int x, int y)

{

}

而如下風格的函數Foo則成爲內聯函數:void Foo(int x, int y);

inline void Foo(int x, int y) // inline與函數定義體放在一起

{

}

所以說,inline是一種“用於實現的關鍵字”,而不是一種“用於聲明的關鍵字”。一般地,用戶可以閱讀函數的聲明,但是看不到函數的定義。儘管在大多數教科書中內聯函數的聲明、定義體前面都加了inline關鍵字,但我認爲inline不應該出現在函數的聲明中。這個細節雖然不會影響函數的.功能,但是體現了高質量C++/C程序設計風格的一個基本原則:聲明與定義不可混爲一談,用戶沒有必要、也不應該知道函數是否需要內聯。

定義在類聲明之中的成員函數將自動地成爲內聯函數,例如

class A

{

public:

void Foo(int x, int y) { … } // 自動地成爲內聯函數

}

將成員函數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格,上例應該改成:

// 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 慎用內聯

內聯能提高函數的執行效率,爲什麼不把所有的函數都定義成內聯函數?但如果所有的函數都是內聯函數,還用得着“內聯”這個關鍵字嗎?

內聯是以代碼膨脹(複製)爲代價,僅僅省去了函數調用的開銷,從而提高函數的執行效率。如果執行函數體內代碼的時間,相比於函數調用的開銷較大,那麼效率的收穫會很少。另一方面,每一處內聯函數的調用都要複製代碼,將使程序的總代碼量增大,消耗更多的內存空間。以下情況不宜使用內聯:

⑴如果函數體內的代碼比較長,使用內聯將導致內存消耗代價較高。

⑵如果函數體內出現循環,那麼執行函數體內代碼的時間要比函數調用的開銷大。

類的構造函數和析構函數容易讓人誤解成使用內聯更有效。要當心構造函數和析構函數可能會隱藏一些行爲,如“偷偷地”執行了基類或成員對象的構造函數和析構函數。所以不要隨便地將構造函數和析構函數的定義體放在類聲明中。一個好的編譯器將會根據函數的定義體,自動地取消不值得的內聯,這也進一步說明了inline不應該出現在函數的聲明中。

C++語言中的內聯展現了很多優點,但是這些優點的背後都隱藏着一些隱患。正如人們的飲食,少食和暴食都不可取,應當恰到好處。我們要辨證地看待C++的一些新機制,應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,但這纔是編程的藝術。