宏定义函数-普通函数-内联函数区别

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#c/c++ #宏 #内联函数 #函数调用

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本文对比了宏定义、普通函数和内联函数在C/C++中的区别。宏定义虽能提高效率，但可能导致代码膨胀且不易调试；普通函数有函数调用开销，但类型安全；内联函数旨在消除调用开销，具备类型检查，但不适合递归和复杂流程控制，且可能导致代码体积增大。

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宏定义函数VS普通函数VS内联函数

宏定义函数VS普通函数

宏定义函数

要点：变量都用括号括起来，防止出错，结尾不需要;。在实际编程中，不推荐把复杂的函数使用宏，不容易调试。多行用\
例子:
单行:
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a):(b))
多行:
```
#define MALLOC(n, type) \
((type *) malloc((n)* sizeof(type))
```
对于第一个函数,如果用普通函数,该怎样写?
```
  int max(int a, int b)
  {　return (a > b ? a : b); }
```
很显然，我们不会选择用函数来完成这个任务，原因有两个：
1. 首先，函数调用会带来额外的开销，它需要开辟一片栈空间，记录返回地址，将形参压栈，从函数返回还要释放堆栈。这种开销会降低代码效率，而使用宏定义则在代码速度方面比函数更胜一筹；
2. 其次，函数的参数必须被声明为一种特定的类型，所以它只能在类型合适的表达式上使用，我们如果要比较两个浮点型的大小，就不得不再写一个专门针对浮点型的比较函数。反之，上面的那个宏定义可以用于整形、长整形、单浮点型、双浮点型以及其他任何可以用“>”操作符比较值大小的类型，也就是说，宏是与类型无关的。
3. 和使用函数相比，使用宏的不利之处在于每次使用宏时，一份宏定义代码的拷贝都会插入到程序中。除非宏非常短，否则使用宏会大幅度增加程序的长度。
4. 还有一些任务根本无法用函数实现，但是用宏定义却很好实现。比如参数类型没法作为参数传递给函数，但是可以把参数类型传递给带参的宏。比如上面的malloc的例子.
总结:

属性	#define宏	函数
代码长度	每次使用时，宏代码都被插入到程序中。除了非常小的宏之外，程序的长度将大幅度增长。	函数代码只出现于一个地方：每次使用这个函数时，都调用那个地方的同一份代码
执行速度	更快	存在函数调用、返回的额外开销
操作符优先级	宏参数的求值是在所有周围表达式的上下文环境里，除非它们加上括号，否则邻近操作符的优先级可能产生不可预料的结果。	函数参数只在函数调用时求值一次，它的结果值传递给函数。表达式的求值结果更容易预测。
参数求值	参数用于宏定义时，每次都将重新求值，由于多次求值，具有副作用的参数可能会产生不可预测的结果。	参数在函数调用前只求值一次，在函数中多次使用参数并不会导致多次求值过程，参数的副作用并不会造成任何特殊问题。
参数类型	宏与类型无关，只要参数的操作是合法的，它可以用于任何参数类型。	函数的参数是与类型有关系的，如果参数的类型不同，就需要使用不同的函数，即使它们执行的任务是相同的。

补充: 普通函数的调用堆栈情况.
比如:
```
void P(){
    phase 1;
    Q();
    phase 2;
}

void Q() {
    phase 3;
    R();
    phase 4;
}
```
P( ),Q( ),R( )在经过编译器变为汇编后, 都有自己的代码位置,比如
```
0x0000400A P:
            xxx     #phase1
            call Q
            xxx     #phase2
            ret
0x0000400B Q:
            yyy     #phase3
            call R
            yyy     #phase4
0x0000400C R: 
            zzz     #phase
            zzz     #phase
```
而对应的栈帧呢:
```
---
P的参数入栈
返回地址1(phase2的地址,即函数Q后的一下条语句)
---
Q的参数入栈
返回地址2(phas4的地址,即函数R后的一下条语句)
---
R的参数
---
```
当R函数调用完毕,则R的栈帧出栈,同时将返回地址2pop,返回给rip,这样就继续执行一下条语句了.Q调用完毕也是同理的,所以这就是普通函数的调用情况.
很显然,普通函数调用在汇编后,这个函数只有一份代码量,调用它就入栈出栈它的地址,造成一定的开销.而对于宏定义来说,只是简单的文本替换,这在预处理时就替换过了,故实际上你可以认为就没有宏定义出来的函数,所以当然不会有这样的开销.

普通函数VS内联函数内联函数VS宏

例子:

inline void P() {
    phase P1;
    phase P2;
}

void Q() {
    phase1;
    P();
    phase2;
}

P是一个内联函数,对于Q来说编译后得到的汇编是什么样子呢?

Q:
    xxx     #phase 1
    yyy     #phase P1
    zzz     #phase P2
    xxx     #pahse 2

我们可以发现,Q的汇编代码中并没有对P的调用(call),而是直接将P的代码拷到Q中,这样的好处就是由于没有call ret,所以就没有普通函数调用带来的出栈入栈开销,速度更快,但增加代码量,增加内存开销.

那么内联函数和宏又有哪些不同?
内联函数本质上还是一个函数,只是在调用时不必call ret罢了.

内联函数是一个真正的函数，遵循函数的类型和作用域规则，编译器在调用一个内联函数时，会首先检查它的参数的类型，保证调用正确，这样就消除了它的隐患和局限性；
即: inline void func(int i,int j);调用这个时候,我必须符合参数类型才能正确调用,而宏直接替换就完事了,是类型无关的.
内联函数可以作为某个类的成员函数，这样就可以在其中使用所在类的保护成员及私有成员；
宏是不加任何验证的简单代码替换，除非万不得已，不要使用。

注意:
内联是以代码膨胀（复制）为代价，仅仅省去了函数调用的开销，从而提高函数的执行效率。如果执行函数代码的时间比处理函数调用机制的时间长，则节省的时间占比很小；如果代码执行时间很短，则内联函数就可以节省函数调用的时间。