3 函数的升级-上

news2024/11/28 11:31:44

常量与宏回顾

C++中的const常量可以替代常数定义，如:
"Const int a = 8; --> 等价于 #define a 8 " 宏在预编译阶段处理，而c++ const常量则在编译阶段处理，比宏更为安全。
C中，我们可以用宏代码片段去实现某个函数，容易出现副作用。在C++中，是否有解决方案替代代码宏，消除宏的副作用？

C++ 推荐使用内联函数替代宏代码片段，关键字 inline
内联函数声明时 inline 关键字必须和函数定义结合在一起，否则编译器会直接忽略内联请求。

inline int func(int a, int b)
{
	return a < b ? a : b;
}
//----------------------------
//下面这段代码内联请求会被编译器忽略
inline int func(int a, int b);
int func(int a, int b)
{
	return a < b ? a : b;
}

内联函数在最终生成的可执行文件中，是没有定义的，因为C++编译器直接将函数体插入函数调用的地方。故内联函数没有普通函数调用时的额外开销（压栈、跳转、返回）。
既然内联函数这么好用，那么是否可以将每个函数都定义为内联函数呢？答案时否定的。因为C++编译器不一定准许函数的内联请求。如果请求失败，C++编译器会将内联函数变成普通函数处理。

内联函数与宏区别

宏：宏代码片段由预编译器处理，只是进行简单的文本替换，没有任何编译过程。
内联函数：内联函数是一种特殊的函数，具有普通函数的特征，如参数检查，返回类型等。内联函数是对编译器的一种请求，编译器可能会拒绝这种请求。内联函数由编译器处理，直接将编译后的函数体插入调用的地方。
下面用比较大小的范例来说明宏的副作用

#include <stdio.h>

#define FUNC(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

inline int func(int a, int b)
{
	return a < b ? a : b;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int a = 6;
	int b = 8;
	int c = func(++a, b);
	int c = FUNC(++a, b);
	printf("a = %d, b = %d, c = %d\n", a, b, c);
    return 0;
}

函数本意是想比较两个数的大小，但是由于宏的简单文本替换的逻辑，FUNC(++a, b); ->(++a) < (b) ? (++a) : (b),如果调用宏FUNC，则最终a被自加了两次。但是如果是用inline func函数，则可以很好的消除这种文本替换带来的副作用。

现代C++编译器会对编译进行优化，因此一些函数即使没有inline声明，也可能被编译器内联编译。现代C++编译器也提供了扩展语法，能够对函数进行强制内联。
gnu g++: attribute((always_inline)) 属性.
写法：

inline int func __attribute__((always_inline)) (int a, int b) {
}

接下来我们看下编译器对内联函数的处理行为。

#include <stdio.h>

#define FUNC(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

inline int inline_func(int a, int b)
{
	return a < b ? a : b;
}

int on_inline_func(int a, int b)
{
	 return a < b ? a : b;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int a = 6;
	int b = 8;
	int c = inline_func(a, b);
	c = on_inline_func(a, b);
	//int c = FUNC(++a, b);
	printf("a = %d, b = %d, c = %d\n", a, b, c);
    return 0;
}

利用g++编译器进行汇编，g++ -S 3-2.c，生成.s文件。我们查询.s文件，发现发现inline_func 和 on_inline_func都被处理成了普通函数。
在这里插入图片描述
如果是处理成内联函数，那么代码段会直接插入到main中，并没有call的动作，此时，如果我们这样写

inline int inline_func __attribute__((always_inline))(int a, int b) {
	return a < b ? a : b;
}

再用反汇编，发现.s文件中没有了inline_func 字符。说明已经插入到了main函数中。
对于g++扩展关键字，一般情况下不使用。但是如果是对算法速度要求比较严格的地方，可以使用扩展关键字强制内联，用于加速算法执行速度。

C++内联编译的限制：

不能存在任何形式的循环语句
不能存在过多的条件判断语句
函数体不能过于庞大
不能对函数进行取地址操作（如果对一个内联函数进行取地址操作，那么编译器会对拒绝内联的请求。）
函数内联声明必须在调用语句之前
编译器对于内联函数的限制并不是绝对的，内联函数相对于普通函数的优势只是省去了函数调用时压栈、跳转和返回的开销。因此当函数执行开销远大于这些开销时，内联将变得无意义。

c++中内联函数的实现机制
在这里插入图片描述
符号表：C++在编译程序过程当中，生成的一张表，存放文件里面出现的一些名字。不会生成在程序当中。

函数默认参数

C++可以在函数声明时为参数提供一个默认值，当函数调用时没有指定这个参数的值，编译器会自动用默认值替代。

#include <stdio.h>
//声明时指定默认参数值
int square(int x = 8);

int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("square(-2)=%d\n", square(-2));
	//没有提供实参，用函数声明时候定义的默认参数。
	printf("square()=%d\n", square());
    return 0;
}

int square(int x)
{
	return x*x;
}

在这里插入图片描述

函数默认参数规则

只有参数列表后面部分的参数才可以提供默认参数值，一旦在一个函数调用中开始使用默认参数值，那么这个参数后的所有参数都必须提供默认参数值；如果不提供，则会报错。–编译器规则

//函数声明与定义，b提供了默认参数，b之后都要提供，假如c不提供默认参数，则会报错。
int add(int a, int b = 2, int c = 3)
{
    return a + b + c;
}
//-------------------
//函数使用
printf("add(2) = %d\n", add(2));
printf("add(2) = %d\n", add(2, ,1));//编译报错。

函数占位参数

占位参数：只有参数类型声明，而没有参数名声明

int func(int a, int b, int)//最后一个int 就是占位参数
{
    return a + b;
}

一般情况下，在函数体内部无法使用占位参数,因为没有名字，所以无法使用占位参数。
那么c++支持这样的函数占位参数有什么意义呢

可以将占位参数与默认参数结合起来使用，为以后程序的扩展留下线索

//当程序员看到这种定义时，应该知道作者要提醒你，函数可能会被改动，项目如果要扩展参数，那么占位参数此时就可以变成正在的参数。
int func(int a, int b, int = 0)
{
    return a + b;
}

兼容c程序中可能出现的不规范写法

//定义一个无参的函数
int func() {
    return 1;
}

//在c中调用地方，传参数可以不受限制,
func();
//在c中可以编译通过，在c++中强类型检查会报错。
func(1, 2 ,3);
///-----------
//此时，如果将定义改成func(1, 2 ,3);能编译通过。
int func(int = 0, int = 0, int = 0) {
    return 1;
}
func(1, 2 ,3);