C与C++:const在*和函数体前后的区别

本文详细介绍了C++中const关键字的用法,包括const修饰指针(变量与指针的常量性)、const函数(只读函数)以及const对象。const可以用来保证变量、指针所指向的内容或者函数不被修改,提供了代码的保护和可读性。const函数在类中用于声明不会修改成员变量的方法,const对象只能调用const成员函数。

一、const变量

const在*前常量后指针:看*前面是什么类型就修饰什么,如int const x则修饰int变量,如int *const y则修饰int *指针

const在*前(左),修饰指针指向的变量,变量值不可更改,即常量值;

const在*后(右),修饰指针本身,指针不可更改。即常地址

int a = 1;

int b = 2;

  1. const int *p = &a;

  1. int const *p = &a;

  1. int *const p = &a;

  1. const int* const p = &a;

  1. int const* const p = &a;

  1. 示例:

int sws_scale(struct SwsContext *c, const uint8_t *const srcSlice[],

const int srcStride[], int srcSliceY, int srcSliceH,

uint8_t *const dst[], const int dstStride[]);

const uint8_t *const srcSlice[] == uint8_t const *const srcSlice[] == const uint8_t *const *srcSlice

如有变量:uint8_t *data[AV_NUM_DATA_POINTERS];

传参转换:(const uint8_t *const *)data //或 (uint8_t const *const *)data

  1. const int *p = &a;

p = &b;

*p = 0; //错误

  1. int const *p = &a;

p = &b;

*p = 0; //错误

  1. int *const p = &a;

p = &b; //错误

*p = 0;

  1. const int* const p = &a;

p = &b; //错误

*p = 0; //错误

  1. int const* const p = &a;

p = &b; //错误

*p = 0; //错误

二、const函数:const返回值,参数,函数体

只读函数:在函数后加const,只有类的非静态成员函数后可以加const修饰,表示该类的this指针为const类型,不能改变类的成员变量的值,任何改变成员变量的行为均为非法。

说明:类中const(函数后面加)与static不能同时修饰成员函数,原因有以下两点

C++函数前后加const的区别_函数前加const_Gorgeous_mj的博客-优快云博客

  ①C++编译器在实现const的成员函数时,为了确保该函数不能修改类的实例状态,会在函数中添加一个隐式的参数const this*。但当一个成员为static的时候,该函数是没有this指针的,也就是说此时const的用法和static是冲突的;

  ②两者的语意是矛盾的。static的作用是表示该函数只作用在类型的静态变量上,与类的实例没有关系;而const的作用是确保函数不能修改类的实例的状态,与类型的静态变量没有关系,因此不能同时用它们。

  1. const int* A::getCount() //防止返回值被修改

{ return &count; }

  1. int A::getCount(const int& c) //防止参数被修改

{ return count; }

  1. int A::getCount() const//不能修改成员变量(除非是mutable变量),不能调用非const成员函数

{ return count; }

三、const对象

cosnt对象,即常量对象,只能访问const函数,不能调用非const函数

<think>首先,用户的问题是基于引用内容:他们想在C语言C++中实现频繁使用的短小函数,询问如何高效实现。引用提到了内联函数(inline functions)作为解决方案,并讨论了其优缺点。 我的回答需要遵循系统级指令: - 所有行内数学表达式用$...$格式。 - 独立公式用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 在引用的段落末尾自然地添加引用标识。 用户可见层指令: - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。 - 保证回答真实可靠。 参考引用: - [^1]:讨论了在C++中优先使用const、enuminline而不是宏。 - [^2]:解释了C语言中短小函数的实现,以及为什么需要内联函数来解决效率问题。 - [^3]:描述了内联函数的工作原理优缺点。 - [^4]:详细列出了内联函数的优缺点。 用户的核心问题是:在C语言C++中如何高效实现频繁调用的短小函数。 关键点: - 在C++中,使用内联函数(inline keyword)。 - 在C语言中,也支持内联函数(C99标准引入)。 - 宏(#define)是另一种方法,但存在缺点,如类型安全问题调试困难。 高效实现的方法: 1. **内联函数(Inline Functions)**:这是首选方法。编译器在调用点展开函数体,避免函数调用的开销。 - 在C++中,使用`inline`关键字。 - 在C语言中(C99及以后),使用`inline`关键字。 2. **宏(Macros)**:使用`#define`预处理指令。但宏不是类型安全的,可能导致错误,且不易调试。 3. **其他方法**:如使用函数指针或模板(C++),但对于短小函数,内联是最直接的。 优缺点: - **内联函数优点**:类型安全、可调试、编译器优化。 - **内联函数缺点**:可能导致代码膨胀(如果函数体大)、编译时间增加、编译器可能忽略inline建议。 - **宏优点**:完全展开,无函数调用开销。 - **宏缺点**:无类型检查、可能引起副作用(如宏参数多次求值)、调试困难。 回答结构: 1. **介绍问题**:解释为什么需要高效实现短小函数(减少调用开销)。 2. **解决方案**: - 在C语言中:使用内联函数(C99+)或宏。 - 在C++中:使用内联函数。 3. **详细说明**:描述如何实现内联函数,包括语法示例。 4. **优缺点比较**:基于引用内容,总结内联函数宏的优缺点。 5. **最佳实践**:建议优先使用内联函数,避免宏。 6. **生成相关问题**:在末尾添加相关问题。 数学表达式:用户问题中没有明显的数学内容,但如果有,我需要用LaTeX格式。例如,如果讨论性能,可以用$O(1)$表示常数时间。 生成相关问题:基于主题,如内联函数的优化、使用场景等。 最终回答大纲: - 步骤1:解释为什么短小函数频繁调用需要高效实现(引用函数调用开销)。 - 步骤2:描述C语言中的方法(内联函数或宏)。 - 步骤3:描述C++中的方法(内联函数)。 - 步骤4:提供代码示例。 - 步骤5:讨论优缺点。 - 步骤6:总结建议。 - 步骤7:添加相关问题。 代码示例:用代码块展示内联函数实现。</think>### 在C语言C++中高效实现频繁调用的短小函数 频繁调用的短小函数在性能敏感的场景中(如嵌入式系统或高频交易)至关重要。函数调用会引入额外开销:包括保护现场、跳转指令恢复现场,这可能导致时间浪费(通常10-100个时钟周期)[^2]。为了解决这个问题,C语言C++提供了内联函数(inline functions)作为高效实现的核心方法。下面我将逐步解释实现方案、优缺点最佳实践。 #### 1. **为什么需要高效实现短小函数?** - 当函数体很小(例如,只有几行代码)且被频繁调用时,函数调用的开销(时间开销$O(1)$,空间开销$O(1)$)可能超过函数本身的执行时间[^3]。例如,一个简单的加法函数`int add(int a, int b) { return a + b; }`,如果每秒调用百万次,调用开销会显著拖慢程序。 - 目标:消除调用开销,直接将函数体“嵌入”到调用点,避免跳转。这类似于数学中的展开表达式:$$f(x) = x^2$$ 在调用点被替换为具体计算。 #### 2. **C语言中的实现方法** - **内联函数(推荐)**:C99标准引入了`inline`关键字。编译器在编译时将函数体直接替换到调用点,避免函数调用开销。 - 语法示例: ```c inline int max(int a, int b) { return (a > b) ? a : b; } ``` - 使用时:`int result = max(x, y);` 编译器会将其替换为`int result = (x > y) ? x : y;`。 - 注意事项:需在头文件中定义,并使用`static inline`避免链接错误。 - **宏(Macros,不推荐)**:使用`#define`预处理指令,但存在风险。例如: ```c #define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b)) ``` - 问题:宏无类型检查,参数可能被多次求值(如`MAX(i++, j++)`会导致未定义行为),且调试困难[^1]。 - **最佳实践**:优先使用内联函数,它在C99及更高版本中提供类型安全编译器优化。仅在旧编译器(如C89)中考虑宏,但需谨慎测试。 #### 3. **C++中的实现方法** - **内联函数(首选)**C++直接支持`inline`关键字,并更智能(编译器可自动内联小函数)。内联函数支持类型安全、重载命名空间。 - 语法示例: ```cpp inline int square(int x) { return x * x; } ``` - 使用时:`int val = square(5);` 可能被替换为`int val = 25;`。 - 高级特性:C++还允许类内成员函数自动内联(在类定义中直接实现)。 - **其他方法**:如模板(template)或constexpr(C++11),但内联函数是最简单高效的方案。 - **最佳实践**:始终优先使用`inline`,并让编译器决定是否内联(通过优化标志如`-O2`)。 #### 4. **优缺点比较** - **内联函数优点**: - **减少时间开销**:消除调用/返回序列,提升性能(尤其对高频调用)[^3]。 - **类型安全**:编译器检查参数类型,避免宏的错误。 - **可调试性**:支持断点符号调试(宏在预处理阶段展开,不可调试)[^4]。 - **编译器优化**:内联后编译器可进一步优化代码(如常量折叠)。 - **内联函数缺点**: - **代码膨胀**:如果函数体大或调用点多,可执行文件大小增加(可能影响缓存性能)[^4]。例如,函数体大小为$k$字节,被调用$n$次,则代码膨胀约$O(k \times n)$。 - **编译时间增加**:修改内联函数需重新编译所有调用点。 - **编译器忽略风险**:`inline`只是建议,编译器可能拒绝内联大函数(如超过10行)[^4]。 - **宏的优缺点**: - 优点:完全展开,无调用开销;兼容所有C/C++版本。 - 缺点:无作用域、易引入副作用(如参数求值多次)、难以维护[^1][^4]。 #### 5. **最佳实践建议** - **适用场景**函数体小(如1-5行)、频繁调用(如循环内或核心算法)。例如,数学运算($a^2 + b^2$)或简单逻辑判断。 - **性能测试**:使用profiler工具(如gprof)测量内联前后的性能差异。确保内联后收益大于代码膨胀代价。 - **通用规则**: - 在C语言中:优先用`inline`(C99+),避免宏。 - 在C++中:优先用`inline`,结合编译器优化。 - 避免过度使用:仅对性能关键函数内联,大函数保持正常调用。 - 引用总结:如《高质量程序设计指南》所述,“用函数内联取代宏”能平衡效率安全性[^1][^3]。 ### 相关问题 1. 内联函数在哪些场景下可能导致性能下降?如何避免? 2. C++中除了inline,还有哪些方法优化高频小函数(如constexpr或模板)? 3. 在嵌入式系统中,如何权衡内联函数代码大小限制? 4. 宏在C语言中还有哪些安全的使用方式?
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