概述
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对以上三篇文章,我进行了重新地汇总整理,
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一 函数调用的开销
C/C++函数调用的开销:
1. 函数传递参数的拷贝开销,将函数的参数进行压栈、出栈,执行函数,函数调用完毕后释放内部变量占用的内存。传递的参数越多开销就越大;
2. 上一个调用函数的上下文的保存,以便函数调用完毕后返回原来的地方,继续执行程序。对于保存当前程序上下文所花费的开销而言,函数越复杂需要花费的开销就越大。
二 inline简介
内联(inline)能提高函数的执行效率。将函数声明为inline,编译器不把它当做是一个函数,而是类似于把函数代码拷贝到原来的地方,这样就省下了函数调用的开销。
优点是减少了函数调用的开销,代码运行速度更快。缺点之一是代码块占用内存更多,因为没有使用代码的“公用部分”,缺点之二是代码编写的难度增大。
三 inline函数使用格式
1 inline函数使用格式(摘自C++ Primer的第三版)
在函数声明或定义中函数返回类型前加上关键字inline即把min()指定为内联。
inline intmin(int first, int secend) {/****/};
inline函数对编译器而言必须是可见的,以便它能够在调用点内展开该函数。与非inline函数不同的是,inline函数必须在调用该函数的每个文本文件中定义。当然,对于同一程序的不同文件,如果inline函数出现的话,其定义必须相同。对于由两个文件compute.C和draw.C构成的程序来说,程序员不能定义这样的min()函数,它在compute.C中指一件事情,而在draw.C中指另外一件事情。如果两个定义不相同,程序将会有未定义的行为.
为保证不会发生这样的事情,建议把inline函数的定义放到头文件中。在每个调用该inline函数的文件中包含该头文件。这种方法保证对每个inline函数只有一个定义,且程序员无需复制代码,并且不可能在程序的生命期中引起无意的不匹配的事情。
2 内联函数的编程风格(摘自高质量C++/C编程指南)
关键字inline 必须与函数定义体放在一起才能使函数成为内联,仅将inline 放在函数声明前面不起任何作用。
如下风格的函数Foo 不能成为内联函数:
inline void Foo(int x, int y); //inline 仅与函数声明放在一起
void Foo(int x, int y)
{
}
而如下风格的函数Foo 则成为内联函数:
void Foo(int x, int y);
inline void Foo(int x, int y) //inline 与函数定义体放在一起
{
}
所以说,inline 是一种“用于实现的关键字”,而不是一种“用于声明的关键字”。一般地,用户可以阅读函数的声明,但是看不到函数的定义。尽管在大多数教科书中内联函数的声明、定义体前面都加了inline 关键字,但我认为inline 不应该出现在函数的声明中。这个细节虽然不会影响函数的功能,但是体现了高质量C++/C 程序设计风格的一个基本原则:声明与定义不可混为一谈,用户没有必要、也不应该知道函数是否需要内联。
3 定义在类声明之中的成员函数
定义在类声明之中的成员函数将自动地成为内联函数,例如
class A
{
public:
void Foo(int x, int y) { } //自动地成为内联函数
}
将成员函数的定义体放在类声明之中虽然能带来书写上的方便,但不是一种良好的编程风格,上例应该改成:
// 头文件
class A
{
public:
void Foo(int x, int y);
}
// 定义文件
inline void A::Foo(int x, int y)
{
}
四 inline使用注意
1. 不要轻易的对构造函数和析构函数进行inline,因为即使看着函数体是空的,其实内部编译器会产生一些代码,比如添加默认构造函数,默认拷贝构造函数等等。
要当心构造函数和析构函数可能会隐藏一些行为,如“偷偷地”执行了基类或成员对象的构造函数和析构函数。所以不要随便地将构造函数和析构函数的定义体放在类声明中。一个好的编译器将会根据函数的定义体,自动地取消不值得的内联(这进一步说明了inline不应该出现在函数的声明中)。
2. 将大多数inline限制在小型、被频繁调用的函数上。内联函数会在每一处调用函数的地方进行代码复制,会使产生的代码膨胀,对于函数很大来说,这样获得的速度提高会很小甚至没有。所以对于递归,循环等不进行inline。
3. inline函数要将声明和定义放在一块,不然没有效果(对这句话的判断有待商榷)。在类内部的函数定义会自动扩展成inline。在类外部则需显式加上inline声明。
4. 大部分调试器对inline函数束手无策,因为在一个不存在的函数内设立断点并不容易。
如果执行函数体内代码的时间,相比于函数调用的开销较大,那么效率的收获会很少。另一方面,每一处内联函数的调用都要复制代码,将使程序的总代码量增大,消耗更多的内存空间。以下情况不宜使用内联:
1) 如果函数体内的代码比较长,使用内联将导致内存消耗代价较高。
2) 如果函数体内出现循环,那么执行函数体内代码的时间要比函数调用的开销大。
五 inline与宏
1 C语言中,可以用宏代码提高执行效率。宏代码本身不是函数,但使用起来象函数。
预处理器用复制宏代码的方式代替函数调用,省去了参数压栈、生成汇编语言的CALL调用、 返回参数、执行return等过程,从而提高了速度。
使用宏代码最大的缺点是容易出错,预处理器在复制宏代码时常常产生意想不到的边际效应。
2 C++语言支持函数内联,其目的是为了提高函数的执行效率(速度)。
对于C++ 而言,使用宏代码还有另一种缺点:无法操作类的私有数据成员。
让我们看看C++ 的"函数内联"是如何工作的。
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。
C++ 语言的函数内联机制既具备宏代码的效率,又增加了安全性,而且可以自由操作类的数据成员。所以在C++程序中,应该用内联函数取代所有宏代码,
3 "断言assert"恐怕是唯一的例外。
assert是仅在Debug版本起作用的宏,它用于检查"不应该"发生的情况。为了不在程序的Debug版本和Release版本引起差别,assert不应该产生任何副作用。 如果assert是函数,由于函数调用会引起内存、代码的变动,那么将导致Debug版本与Release版本存在差异。 所以assert不是函数,而是宏。
最后
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