C++PrimerPlus第八章函數(shù)探幽-8.1C++內(nèi)聯(lián)函數(shù)-創(chuàng)新互聯(lián)
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8.1 C++內(nèi)聯(lián)函數(shù)
8.1 C++內(nèi)聯(lián)函數(shù)
內(nèi)聯(lián)函數(shù)是C++為提高程序運(yùn)行速度所做的一項(xiàng)改進(jìn)。常規(guī)函數(shù)和內(nèi)聯(lián)函數(shù)之間的主要區(qū)別不在于編寫(xiě)方式，而在于C++編譯器如何將它們組合到程序中。要了解內(nèi)聯(lián)函數(shù)與常規(guī)函數(shù)之間的區(qū)別，必須深入到程序內(nèi)部。
編譯過(guò)程的最終產(chǎn)品是可執(zhí)行程序——由一組機(jī)器語(yǔ)言指令組成。運(yùn)行程序時(shí)，操作系統(tǒng)將這些指令載入到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，因此每條指令都有特定的內(nèi)存地址。計(jì)算機(jī)隨后將逐步執(zhí)行這些指令。有時(shí)（如有循環(huán)或分支語(yǔ)句時(shí)），將跳過(guò)一些指令，向前或向后跳到特定地址。常規(guī)函數(shù)調(diào)用也使程序跳到另一個(gè)地址（函數(shù)的地址），并在函數(shù)結(jié)束時(shí)返回。下面更詳細(xì)地介紹這一過(guò)程的典型實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行到函數(shù)調(diào)用指令時(shí)，程序?qū)⒃诤瘮?shù)調(diào)用后立即存儲(chǔ)指令的內(nèi)存地址，并將函數(shù)參數(shù)復(fù)制到堆棧（為此保留的內(nèi)存塊），跳到標(biāo)記函數(shù)起點(diǎn)的內(nèi)存單元，執(zhí)行函數(shù)代碼（也許還需將返回值放入到寄存器中），然后跳回到地址被保存的指令處（這與閱讀文章時(shí)停下來(lái)看腳注，并在閱讀完腳注后返回到以前閱讀的地方類似）。來(lái)回跳躍并記錄跳躍位置意味著以前使用函數(shù)時(shí)，需要一定的開(kāi)銷。
C++內(nèi)聯(lián)函數(shù)提供了另一種選擇。內(nèi)聯(lián)函數(shù)的編譯代碼與其他程序代碼“內(nèi)聯(lián)”起來(lái)了。也就是說(shuō)，編譯器將使用相應(yīng)的函數(shù)代碼替換函數(shù)調(diào)用。對(duì)于內(nèi)聯(lián)代碼，程序無(wú)需跳到另一個(gè)位置處執(zhí)行代碼，再跳回來(lái)。因此，內(nèi)聯(lián)函數(shù)的運(yùn)行速度比常規(guī)函數(shù)稍快，但代價(jià)是需要占用更多內(nèi)存。如果程序在10個(gè)不同的地方調(diào)用同一個(gè)內(nèi)聯(lián)函數(shù)，則該程序?qū)摵瘮?shù)代碼的10個(gè)副本（參見(jiàn)下圖）。
應(yīng)有選擇地使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)。如果執(zhí)行函數(shù)代碼的時(shí)間比處理函數(shù)調(diào)用機(jī)制的時(shí)間長(zhǎng)，則節(jié)省的時(shí)間將只占整個(gè)過(guò)程的很小一部分。如果代碼執(zhí)行時(shí)間很短，則內(nèi)聯(lián)調(diào)用就可以節(jié)省非內(nèi)聯(lián)調(diào)用使用的大部分時(shí)間。另一方面，由于這個(gè)過(guò)程相當(dāng)快，因此盡管節(jié)省了該過(guò)程的大部分時(shí)間，但節(jié)省的時(shí)間絕對(duì)值并不大，除非該函數(shù)經(jīng)常被調(diào)用。
要使用這項(xiàng)特性，必須采取下述措施之一：
- 在函數(shù)聲明前加上關(guān)鍵字inline；
- 在函數(shù)定義前加上關(guān)鍵字inline。
通常的做法是省略原型，將整個(gè)定義（即函數(shù)頭和所有函數(shù)代碼）放在本應(yīng)提供原型的地方。
程序員請(qǐng)求函數(shù)作為內(nèi)聯(lián)函數(shù)時(shí)，編譯器并不一定會(huì)滿足這種要求。它可能認(rèn)為該函數(shù)過(guò)大或注意到函數(shù)調(diào)用了自己（內(nèi)聯(lián)函數(shù)不能遞歸），因此不將其作為內(nèi)聯(lián)函數(shù)；而有些編譯器沒(méi)有啟用或?qū)崿F(xiàn)這種特性。
程序清單8.1通過(guò)內(nèi)聯(lián)函數(shù)square()（計(jì)算參數(shù)的平方）演示了內(nèi)聯(lián)技術(shù)。注意到整個(gè)函數(shù)定義都放在一行中，但并不一定非得這樣做。然而，如果函數(shù)定義占用多行（假設(shè)沒(méi)有使用冗長(zhǎng)的標(biāo)識(shí)符），則將其作為內(nèi)聯(lián)函數(shù)就不太合適。
程序清單8.1 inline.cpp
//inline.cpp -- using an inline function
#include//an inline function definition
inline double square(double x) { return x * x; }
int main()
{
using namespace std;
double a, b;
double c = 13.0;
a = square(5.0);
b = square(4.5 + 7.5); //can pass expressions
cout<< "a = "<< a<< ", b = "<< b<< "\n";
cout<< "c = "<< c;
cout<< ", c squared = "<< square(c++)<< "\n";
cout<< "Now c = "<< c<< "\n";
return 0;
} 下面是該程序的輸出：
a = 25, b = 144
c = 13, c squared = 169
Now c = 14
輸出表明，內(nèi)聯(lián)函數(shù)和常規(guī)函數(shù)一樣，也是按值來(lái)傳遞參數(shù)的。如果參數(shù)為表達(dá)式，如4.5 + 7.5，則函數(shù)將傳遞表達(dá)式的值（這里為12）。這使得C++的內(nèi)聯(lián)功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)C語(yǔ)言的宏定義，請(qǐng)參見(jiàn)旁注“內(nèi)聯(lián)與宏”。
盡管程序沒(méi)有提供獨(dú)立的原型，但C++原型特性仍在起作用。這是因?yàn)樵诤瘮?shù)首次使用前出現(xiàn)的整個(gè)函數(shù)定義充當(dāng)了原型。這意味著可以給square()傳遞int或long值，將值傳遞給函數(shù)前，程序自動(dòng)將這個(gè)值強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為double類型。
內(nèi)聯(lián)和宏
inline工具是C++新增的特性。C語(yǔ)言使用預(yù)處理器語(yǔ)句#define來(lái)提供宏——內(nèi)聯(lián)代碼的原始實(shí)現(xiàn)。例如，下面是一個(gè)計(jì)算平方的宏：
#define SQUARE(X) X*X
這并不是通過(guò)傳遞參數(shù)實(shí)現(xiàn)的，而是通過(guò)文本替換來(lái)實(shí)現(xiàn)的——X是“參數(shù)”的符號(hào)標(biāo)記。
a = SQUARE(5.0);?is replaced by a = 5.0 * 5.0;
b = SQUARE(4.5 + 7.5);?is replaced by b = 4.5 + 7.5 * 4.5 + 7.5;
d = SQUARE(c++);?is replaced by d = c++ * c++;
上述示例只有第一個(gè)能正常工作?？梢酝ㄟ^(guò)使用括號(hào)來(lái)進(jìn)行改進(jìn)：
#define SQUARE(X) ((X)*(X))
但仍然存在這樣的問(wèn)題，即宏不能按值傳遞。即使使用新的定義，SQUARE(C++)仍將c遞增兩次，但是程序清單8.1中的內(nèi)聯(lián)函數(shù)square()計(jì)算c的結(jié)果，傳遞它，以計(jì)算其平方值，然后將c遞增一次。
這里的目的不是演示如何編寫(xiě)C宏，而是要指出，如果使用C語(yǔ)言的宏執(zhí)行了類似函數(shù)的功能，應(yīng)考慮將它們轉(zhuǎn)換為C++內(nèi)聯(lián)函數(shù)。
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