干貨 | 從宏和函數(shù)引出內(nèi)聯(lián)函數(shù)

一個(gè)宏定義看看你的 C語言級別。

今天我們來看一下利用宏定義編寫類似函數(shù)調(diào)用的方法和真實(shí)的函數(shù)有什么區(qū)別，來進(jìn)一步理解宏定義的應(yīng)用。

一、宏和函數(shù)怎么選？

首先來看一個(gè)例子:

#define N 2+2
void main()
{
int a = N * N;
printf( "a = %d", a);
}

這里，我們得理解宏的工作方式，它是在編譯器編譯代碼之前做的一個(gè)純文本的替換工作，因此，有時(shí)候簡單宏替換的結(jié)果就會和我們預(yù)想的結(jié)果出現(xiàn)偏差。

比如上面的例子，我們預(yù)期 N 為 4，a=16，但實(shí)際結(jié)果卻為 a=8；原因在于宏的作用方式是傻瓜式的文本替換。

在編譯之前，編譯器首先將宏定義的文本替換到程序體中，這個(gè)替換是完全無腦的一個(gè)操作，看一下替換結(jié)果就知道了。

#define N 2+2
void main()
{
int a = 2 + 2 * 2 + 2;
printf( "a = %d", a);
}

這也就是我們上一篇文章中講到的，寫宏函數(shù)的時(shí)候一定要注意括號的應(yīng)用，多加括號一定是利大于弊的。

二、預(yù)處理宏的優(yōu)缺點(diǎn)

在軟件開發(fā)過程中，經(jīng)常有一些常用或者通用的功能或者代碼段，這些功能既可以寫成函數(shù)，也可以封裝成為宏定義。那么究竟是用函數(shù)好，還是宏定義好？

我們還是看上一篇文章中引用的比較大小的例子：

#define MAX( a, b) ( (a) > (b) ? (a) : (b) )
//把它用函數(shù)來實(shí)現(xiàn)：
int max( int a, int b)
{
return (a > b ? a : b);
}

如果我們在程序中將要使用比較大小的函數(shù)，我們顯然會選用上面的宏定義，理由如下：

1 首先，函數(shù)調(diào)用會帶來額外的開銷，他需要開辟新的棧空間，記錄返回值，還需要將形參壓入棧中，函數(shù)返回時(shí)還需要釋放堆棧空間。
這樣的開銷不僅會讓程序執(zhí)行效率變低，代碼量也會大大增加，因此使用上面的宏函數(shù)做文本替代就顯得更明智。

2 其次，函數(shù)的形參被聲明成了一個(gè)特定的類型，如例子中是 int，這樣如果我們軟件中需要使用浮點(diǎn)型的比較大小，我們就不得不重寫一個(gè)函數(shù)，從這一點(diǎn)也可以看到宏函數(shù)的優(yōu)勢。
因?yàn)槭俏谋镜奶鎿Q，因此他與類型也沒有關(guān)系，不過類型不對應(yīng)，會在編譯階段的時(shí)候報(bào)錯(cuò)，這點(diǎn)還是具備利用價(jià)值的。

3 另外，還有一些任務(wù)根本無法用函數(shù)實(shí)現(xiàn)，但是用宏定義卻很好實(shí)現(xiàn)。

比如參數(shù)類型沒法作為參數(shù)傳遞給函數(shù)，但是可以把參數(shù)類型傳遞給帶參的宏。

看下面的例子：

#define MALLOC（n, type）（(type ) malloc（（n）sizeof（type）））

利用這個(gè)宏，我們就可以為任何類型分配一段我們指定的空間大小，并返回指向這段空間的指針。我們可以觀察一下這個(gè)宏確切的工作過程：

int *ptr;
ptr = MALLOC ( 5, int );
//將這宏展開以后的結(jié)果：
ptr = (int *) malloc ((5) * sizeof(int));

這個(gè)例子是宏定義的經(jīng)典應(yīng)用之一，完成了函數(shù)不能完成的功能，但是宏定義也不能濫用，通常，如果相同的代碼需要出現(xiàn)在程序的幾個(gè)地方，更好的方法是把它實(shí)現(xiàn)為一個(gè)函數(shù)。

三、宏的缺陷，內(nèi)聯(lián)函數(shù)的引入

宏雖然有著一定的優(yōu)勢，但是它的缺點(diǎn)也不可忽視。

在編譯階段，我們很難發(fā)現(xiàn)代碼哪里出問題了，因?yàn)楹晏鎿Q是發(fā)生在預(yù)處理階段，所以有時(shí)候在宏函數(shù)傳參的時(shí)候發(fā)生一些錯(cuò)誤，編譯器不會發(fā)現(xiàn)，那它調(diào)試起來就很麻煩。

所以為了解決這種不利于調(diào)試的問題，就有了內(nèi)聯(lián)函數(shù)。

那么什么是內(nèi)聯(lián)函數(shù)呢？

我們以inline修飾的函數(shù)叫做內(nèi)聯(lián)函數(shù)，編譯階段，C編譯器會在調(diào)用函數(shù)的地方直接把函數(shù)展開，沒有壓棧開銷，內(nèi)聯(lián)函數(shù)提升程序運(yùn)行效率，但是會相應(yīng)的增加代碼的長度。所以這里叫做空間換時(shí)間。

道之初，帶來了空間和時(shí)間，所以，空間和時(shí)間就是編程的陰陽兩級。

不懂編程之道的程序員常常把空間和時(shí)間消耗殆盡，得道的程序員則總是有足夠的空間和時(shí)間完成編程任務(wù)。

舉個(gè)例子

inline int Add（int a,int b）
{
return a+b;
}

編譯期間，編譯器會將內(nèi)聯(lián)函數(shù)替換相應(yīng)的函數(shù)體；

這里要注意一點(diǎn)，在函數(shù)前加 inline 只是建議編譯器當(dāng)作內(nèi)容函數(shù)處理 ，但編譯器有自己的主張（遞歸 ，復(fù)雜函數(shù)等）

內(nèi)聯(lián)函數(shù)的特性：

inline是一種以空間換時(shí)間的做法，省去調(diào)用函數(shù)中參數(shù)壓棧，減少了調(diào)用的開銷。同時(shí)，使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)也比宏函數(shù)更省心，不必?fù)?dān)心宏參數(shù)傳遞過程中出現(xiàn)的意外情況。

inline對于編譯器而言只是一個(gè)建議，編譯器會自動(dòng)優(yōu)化，如果定義為inline的函數(shù)體內(nèi)有循環(huán)/遞歸等等，編譯器優(yōu)化時(shí)會忽略掉內(nèi)聯(lián)，另外，如果內(nèi)聯(lián)函數(shù)的函數(shù)體過大，一般的編譯器也會放棄內(nèi)聯(lián)方式，采用普通調(diào)用的方式進(jìn)行函數(shù)調(diào)用。

inline不建議聲明和定義分離，分離會導(dǎo)致鏈接錯(cuò)誤。因?yàn)閕nline被展開，就沒有函數(shù)地址了，鏈接就會找不到。