深入探討:宏、內嵌函式與普通函數的區別

內嵌函式的執行過程與帶參數宏定義很相似，但參數的處理不同。帶參數的宏定義並不對參數進行運算，而是直接替換
；內嵌函式首先是函數，這就意味著函數的很多性質都適用於內嵌函式，即內嵌函式先把參數運算式進行運算求值，然
後把運算式的值傳遞給形式參數。
內嵌函式與帶參數宏定義的另一個區別是，內嵌函式的參數類型和傳回值類型在聲明中都有明確的指定；而帶參數
宏定義的參數沒有類型的概念，只有在宏展開以後，才由編譯器檢查文法，這就存在很多的安全隱患。
使用內嵌函式時，應注意以下問題：
1）內嵌函式的定義性聲明應該出現在對該函數的第一次調用之前。
2）內嵌函式首先是函數，函數的很多性質都適用於內嵌函式，如內嵌函式可以重載。
3）在內嵌函式中不允許使用迴圈語句和switch結果，帶有異常介面聲明的函數也不能聲明為內嵌函式。
先說宏和函數的區別：
1. 宏做的是簡單的字串替換(注意是字串的替換,不是其他型別參數的替換),而函數的參數的傳遞,參數是有資料類
型的,可以是各種各樣的類型.
2. 宏的參數替換是不經計算而直接處理的,而函數調用是將實參的值傳遞給形參,既然說是值,自然是計算得來的.
3. 宏在編譯之前進行,即先用宏體替換宏名,然後再編譯的,而函數顯然是編譯之後,在執行時,才調用的.因此,宏佔用的
是編譯的時間,而函數佔用的是執行時的時間.
4. 宏的參數是不佔記憶體空間的,因為只是做字串的替換,而函數調用時的參數傳遞則是具體變數之間的資訊傳遞,形參
作為函數的局部變數,顯然是佔用記憶體的.
5. 函數的調用是需要付出一定的時空開銷的,因為系統在調用函數時,要保留現場,然後轉入被調用函數去執行,調用完,
再返回主調函數,此時再恢複現場,這些操作,顯然在宏中是沒有的.
現在來看內嵌函式:
所謂"內嵌函式"就是將很簡單的函數"內嵌"到調用他的程式碼中,只樣做的目的是為了避免上面說到的第5點,目的旨
在節約下原本函數調用時的時空開銷.但必須注意的是:作為內嵌函式,函數體必須十分簡單,不能含有迴圈、條件、選擇
等複雜的結構，否則就不能做為內嵌函式了。事實上，即便你沒有指定函數為內嵌函式，有的編譯系統也會自動將很簡
單的函數作為內嵌函式處理；而對於複雜的函數，即便你指定他為內嵌函式，系統也不會理會的。

介紹內嵌函式之前，有必要介紹一下預先處理宏。內嵌函式的功能和預先處理宏的
功能相似。相信大家都用過預先處理宏，我們會經常定義一些宏，如
#define TABLE_COMP(x) ((x)>0?(x):0)
就定義了一個宏。

　　為什麼要使用宏呢？因為函數的調用必須要將程式執行的順序轉移到函數
所存放在記憶體中的某個地址，將函數的程式內容執行完後，再返回到轉去執行
該函數前的地方。這種轉移操作要求在轉去執行前要儲存現場並記憶執行的地
址，轉回後要恢複現場，並按原來儲存地址繼續執行。因此，函數調用要有一
定的時間和空間方面的開銷，於是將影響其效率。而宏只是在預先處理的地方把
代碼展開，不需要額外的空間和時間方面的開銷，所以調用一個宏比調用一個
函數更有效率。

　　但是宏也有很多的不盡人意的地方。
　　1、．宏不能訪問對象的私人成員。
　　2、．宏的定義很容易產生二意性。
我們舉個例子：
#define TABLE_MULTI(x) (x*x)
　　我們用一個數字去調用它,TABLE_MULTI(10)，這樣看上去沒有什麼錯誤，
結果返回100,是正確的，但是如果我們用TABLE_MULTI(10+10)去調用的話，
我們期望的結果是400，而宏的調用結果是(10+10*10+10),結果是120，這顯
然不是我們要得到的結果。避免這些錯誤的方法，一是給宏的參數都加上括弧。

#define TABLE_MULTI(x) ((x)*(x))

　　這樣可以確保不會出錯，但是，即使使用了這種定義，這個宏依然有可能
出錯，例如使用TABLE_MULTI(a++)調用它，他們本意是希望得到(a+1)*(a+1)的
結果，而實際上呢？我們可以看看宏的展開結果: (a++)*(a++)，如果a的值是
4，我們得到的結果是5*6=30。而我們期望的結果是5*5=25,這又出現了問題。
事實上，在一些C的庫函數中也有這些問題。例如: Toupper(*pChar++)就會對
pChar執行兩次++操作，因為Toupper實際上也是一個宏。

　　我們可以看到宏有一些難以避免的問題，怎麼解決呢？

　　下面就是用我要介紹的內嵌函式來解決這些問題，我們可以使用內嵌函式
來取代宏的定義。而且事實上我們可以用內嵌函式完全取代預先處理宏。

　　內嵌函式和宏的區別在於，宏是由前置處理器對宏進行替代，而內嵌函式是
通過編譯器控制來實現的。而且內嵌函式是真正的函數，只是在需要用到的時
候，內嵌函式像宏一樣的展開，所以取消了函數的參數壓棧，減少了調用的開
銷。你可以象調用函數一樣來調用內嵌函式，而不必擔心會產生於處理宏的一
些問題。
　　我們可以用Inline來定義內嵌函式，不過，任何在類的說明部分定義的函
數都會被自動的認為是內嵌函式。

　　下面我們來介紹一下內嵌函式的用法。

　　內嵌函式必須是和函數體申明在一起，才有效。像這樣的申明
Inline Tablefunction(int I)是沒有效果的，編譯器只是把函數作為普通的函
數申明，我們必須定義函數體。

Inline tablefunction(int I) {return I*I};

　　這樣我們才算定義了一個內嵌函式。我們可以把它作為一般的函數一樣調
用。但是執行速度確比一般函數的執行速度要快。

　　我們也可以將定義在類的外部的函數定義為內嵌函式，比如：複製代碼 代碼如下:Class TableClass{
　Private:
　　Int I,j;
　Public:
　　Int add() { return I+j;};
　　Inline int dec() { return I-j;}
　　Int GetNum();
}
inline int tableclass::GetNum(){
return I;
}

　　上面申明的三個函數都是內嵌函式。在C++中，在類的內部定義了函數體的
函數，被預設為是內嵌函式。而不管你是否有inline關鍵字。

　　內嵌函式在C++類中，應用最廣的，應該是用來定義存取函數。我們定義的
類中一般會把資料成員定義成私人的或者保護的，這樣，外界就不能直接讀寫我
們類成員的資料了。
對於私人或者保護成員的讀寫就必須使用成員介面函數來進行。如果我們把
這些讀寫成員函數定義成內嵌函式的話，將會獲得比較好的效率。複製代碼 代碼如下:Class sample{
　Private:
　　Int nTest;
　Public:
　　Int readtest(){ return nTest;}
　Void settest(int I) {nTest=I;}
}

　　當然，內嵌函式也有一定的局限性。就是函數中的執行代碼不能太多了，如
果，內嵌函式的函數體過大，一般的編譯器會放棄內聯方式，而採用普通的方式
調用函數。這樣，內嵌函式就和普通函數執行效率一樣了。

宏的使用
/*這一系列文章《C++ Tips》是公司Code Committee專家會推薦工程師看的，感覺很好，拿出來與大家共同提高。並不
是知道多少會使人與人產生差別，真正的差別在於你能做到多少。
很多程式員不知道C中的“宏”到底是什麼意思？特別是當宏有參數的時候，經常把宏和函數混淆。我想在這裡我還是
先講講“宏”，宏只是一種定義，他定義了一個語句塊，當程式編譯時間，編譯器首先要執行一個“替換”來源程式的動作
，把宏引用的地方替換成宏定義的語句塊，就像文字檔替換一樣。這個動作術語叫“宏的展開”。使用宏是比較“危
險”的，因為你不知道宏展開後會是什麼一個樣子。例如下面這個宏：
#define MAX(a, b) a>b?a:b
當我們這樣使用宏時，沒有什麼問題： MAX( num1, num2 ); 因為宏展開後變成 num1>num2?num1:num2；。 但是，如
果是這樣調用的，MAX( 17+32, 25+21); 呢，編譯時間出現錯誤，原因是，宏展開後變成：17+32>25+21?17+32:25+21，
Woh，這是什麼啊？
所以，宏在使用時，參數一定要加上括弧，上述的那個例子改成如下所示就能解決問題了。
#define MAX( (a), (b) ) (a)>(b)?(a)b)
即使是這樣，也不這個宏也還是有Bug，因為如果我這樣調用 MAX(i++,j++); ， 經過這個宏以後，i和j都被累加了兩
次，這絕不是我們想要的。所以，在宏的使用上還是要謹慎考慮，因為宏展開是的結果是很難讓人預料的。而且雖然，
宏的執行很快（因為沒有函數調用的開銷），但宏會讓原始碼澎漲，使目標檔案尺寸變大，（如：一個50行的宏，程式
中有1000個地方用到，宏展開後會很不得了），相反不能讓程式執行得更快（因為執行檔案變大，運行時系統換頁頻繁
）。
因此，在決定是用函數，還是用宏時得要小心。

C++中的內嵌函式定義很簡單，只要在普通的函數前加一個關鍵字inline就可以了，除此之外和普通函數表面上沒有什
麼區別（包括函數的調用方式），因為這樣，所以在很多的C++初學者（甚至一些有C++編程經驗的人） 看來，內聯只
是一個概念而已，其實這是對內嵌函式沒有徹底的認識，下面我們就來談談內嵌函式和普通 函數以及和宏的區別，相
信讀完下面的部分，你對這三者一定有了很好的理解。
內嵌函式和普通函數最大的區別在於內部的實現方面，而不是表面形式，我們知道普通函數在被調用時，系統
首先要 跳躍到該函數的入口地址，執行函數體，執行完成後，再返回到函數調用的地方，函數始終只有一個拷貝； 而
內嵌函式則不需要進行一個定址的過程，當執行到內嵌函式時，此函數展開（很類似宏的使用），如果在 N處調用了此
內嵌函式，則此函數就會有N個程式碼片段的拷貝。
從內嵌函式的調用來看，它因為少了一個定址過程而提高了代碼的執行效率，但是這是以空間的代價來換取的
。
聲明為內聯的函數，其程式碼片段不能太長，過長，一些編譯器則視為普通 函數（究竟函數體多長就超過了限制，
這個好象沒有規定，這個也確實不好規定，個人覺得應該視函數體的邏輯而定）。
下面是內嵌函式的聲明舉例：
inline void SetVal(int a){ m_b = a};
inline int GetVal(){ return m_b};
從上面的例子可以看出，內嵌函式的聲明和實現通常都會在一個檔案當中（一般放在.h中就可以了）。
下面我們再來說說內嵌函式與宏的區別。很多的資料上，在談到內嵌函式時就說，內嵌函式和宏很類似，但是類
似歸類似，畢竟我們不能把這兩者互換使用。
這兩者的相似之處在於執行時編譯器對其的處理，會將其代碼展開，執行完後繼續下面的處理。不同之處在於宏
是簡單的文本替換，它不能傳回值，也沒有一般函數參數的概念；而內嵌函式則具備了普通函數的特徵，如參數列表，
傳回值等。下面我們舉個例子說明：
1.#define COUNT(X)(X * X) // 一個計算乘積的宏
2.inline int count(int x){return x*x} //一個計算乘積的內嵌函式

printf(COUNT(3)); // 結果為 COUNT(3) ( 3 * 3) = 9;
printf(count(3)); // 結果為 count(3){return 3*3 }=9;

上面的例子好象不足以說明兩者的區別，我們把上面的例子的調用改改，再看看結果

printf(COUNT(2+3)); //結果為COUNT(2+3)(2+3 * 2+3) = 11
printf(count(2+3)); //結果為count(2+3){return 5*5 ;} = 25;

如果宏要達到乘積為25的結果，應該這樣寫：
#define COUNT(X)((X)*(X))
對應到上面的例子就是 #define COUNT(2+3)((2+3)*(2+3))