Re:从零开始学C++（二）基础精讲·下篇：内联函数与空指针

C语言的宏函数和NULL空指针存在许多缺陷，在C++中，引入了inline函数和nullptr来代替他们，解决了定义不严谨等众多问题。同时也提升了编译语言的编写体验。本篇此方将从底层出发，为大家带来内联函数和nullptr的详细内容。讲解深入骨髓，细节无微不至。以真诚换真心，倾尽全力做到最好。现在，让我们开始吧。

一，内联函数

1.1内联函数的定义

用inline修饰 的函数叫做内联函数 ，编译时C++编译器会在调用的地方展开内联函数 ，这样调用内联函数就不需要建立栈帧 了，就可以提高效率。

内联函数的出现，直接取代了C语言中的宏函数。

1.2宏函数的问题所在

1.2.1直接文本替换

宏函数编译采用直接文本替换 ，**缺乏类型检查，**存在潜在的安全问题

cpp 复制代码

// 实现一个ADD宏函数的常见问题
//#define ADD(int a, int b) return a + b;
//#define ADD(a, b) a + b;
//#define ADD(a, b) (a + b)

// 正确的宏实现
#define ADD(a, b) ((a) + (b))

为什么宏函数不能加分号？
为什么要有外括号？
为什么要有内括号？

cpp 复制代码

printf("%d",Add(1,2));

1.2.1.1情况一

宏函数在使用时会进行宏替换 ，将宏名部分全部替换为宏体，如果宏体有分号，会被一块儿替换进去，产生编译错误。

cpp 复制代码

cout <<Add(1,2)*5<<endl;

1.2.1.2情况二

优先级错误一：此时宏替换，如果没有外扩号，就会变成（a）+（b）*5，先计算5*b，再计算加减。导致结果错误。

cpp 复制代码

Add(x&y,x|y);

1.2.1.3情况三

优先级错误二：此时宏替换，如果没有内括号，就会变成x&（y+x）|y，先加减，再与或，导致计算结果错误。

1.2.2无法调试

宏函数不是一个真正意义上的函数，在预处理阶段 就会直接进行文本替换，而调试器看到的是预处理后的代码 。此外，即使在宏函数所在行设置断点也无意义，调试器无法在断点处找到一个有效的函数

1.3如何进行内联展开

1.3.1内联函数的使用方式

直接在一个函数前面加上inline关键字即可。

cpp 复制代码

inline Add(int x,int y)
{
    int z = x + y ;
    return z ;
}

1.3.2准备工作

vs编译器debug版本 下面默认是不展开 inline的，这样方便调试，debug版本想展开需要设置一下以下两个地方。

在项目处右击进入项目属性：

这样，你的编译器就可以将内联函数展开以提升运行效率了。

1.4内联展开的底层剖析

inline对于编译器而言只是一个建议，也就是说，你加了inline编译器也可以选择 在调用的地方不展开 ，不同编译器关于inline什么情况展开各不相同，因为C++标准没有规定 这个。inline适用于频繁调用的短小函数，对于递归函数，代码相对多一些的函数，加上inline也会被编译器忽略。

关键点： inline是对编译器的"建议 "，不是强制命令！

1.4.1编译器是否展开内联函数

1.4.1.1编译器没有展开内联函数时：

cpp 复制代码

inline int Add(int a, int b)
{
	int ret = a + b;
	ret++;
	ret++;
	ret++;
	ret++;
	ret++;
	ret++;
	ret++;
	ret++;
	ret++;
	return ret;
}
int main()
{
	cout << Add(4, 9)<<endl;
	return 0;
}

使用了 call 指令 → 表示跳转到函数地址执行。
执行完后返回。
这说明：虽然写了 inline，但编译器没展开，而是当作普通函数调用。

详细调用过程：

RCX <- 4 (第一个参数)，RCX<- 9 (第二个参数)
将call指令 下一条指令的地址（即main函数中call之后的下一行代码地址）压入当前线程的栈顶。
跳转到jmp指令 ，jmp指令 又跳转到函数的第一条指令，调用完成。

1.4.1.2编译器展开内联函数时：

如果编译器决定展开，则不会出现 call ，而是在调用位置直接插入函数体的代码。

cpp 复制代码

inline int Add(int a, int b)
{
	int ret = a + b;
	ret++;
	ret++;
	ret++;
	ret++;
	return ret;
}
int main()
{
	cout << Add(4, 9)<<endl;
	return 0;
}

1.5内联函数的优劣

1.5.1展开的好处

根据上文从底层的剖析，我们知道，展开可以省去函数调用等一系列复杂操作 。从而提升函数的运行效率。虽然展开同时会影响编译速度，但是"对函数运行效率的提升"对比"对函数编译速度的下降"的影响始终要大。

1.5.2展开的代价

展开来提升效率固然不错。但是展开也不是绝对好。

编译器并不会 无条件展开，言听计从。

设想一个场景 ：如果一个内联函数在项目中存在10000个调用点 ，该内联函数本身有100条语句 ，每条语句的大小大概在2 到 10 字节（假设6字节） ，那么全部展开将增加100万条语句 ------也就是600万字节 ，相当于：**5.722 MB，**一个内联函数让一个安装包平白无故增加6MB的空间，显然是不值得的。

但是合理使用可以将内联函数的缺点缩小到极小（可忽略不计）。编译器会帮助你合理使用。

1.5.3声明与定义分离

内联函数不可以进行声明和定义分离。如果分离，内联函数的调用点将找不到内联函数本体。

原理：由于C++的一些规定，内联函数无法像普通函数那样被使用函数的声明发现。

或者将定义直接放在调用点所在文件，或者将内联函数定义连同声明一同放在头文件中。

二，nullptr（c++11新增内容）

传统C语言头文件stddef.h中，可以看到如下代码：

cpp 复制代码

1  #ifndef NULL
2      #ifdef __cplusplus
3          #define NULL    0
4      #else
5          #define NULL    ((void *)0)
6      #endif
7  #endif

解释：

在 C++ 中:NULL被定义为 0（整数常量）
在 C 中：NULL被定义为（void*）0，即一个指向空的void*指针.

但是这个设计不是很ok。c语言中还好，c++中有很大的坑，所以C++不使用NULL，取而代之的是nullptr ，意思是空指针 。

2.1NULL的坑

cpp 复制代码

void f(int x)
{
    cout << "f(int x)" << endl;
}

void f(int* ptr)
{
    cout << "f(int* ptr)" << endl;
}

int main()
{
    f(0);
    f(NULL); 
    return 0;
}

猜猜看打印结果是什么？结果是。

cpp 复制代码

f(int x)
f(int x)

由于以上的这种定义特性 ，C++中的NULL无法表示实际的空指针。那么**强转成void***不就可以了？还是不行：

C++有比C语言更加严格的类型检查，俩个都不匹配，这个时候就要进行隐式类型转换。但是不知道转成什么。

那么C语言为什么可以这么定义？实际上C语言和c++的这种定义确实都是不好的。C语言的定义中，C语言自己这么定义问题不大。因为C语言定义允许void*类型的指针给任意类型的其他指针不需要强转 （这让C语言malloc之后完全可以不需要强转直接给，因为malloc结果是void*类型的指针），但是C++不允许 （C++兼容C语言的绝大多数语法，但是也会有像这样的小差异），如以下代码必须强制类型转换才能生效：

cpp 复制代码

void* p1 = NULL;
int* p2 = p1;

C++11中引入nullptr，nullptr是一个特殊的关键字 ，nullptr是一种特殊类型 的字面量，它可以转换成任意其他类型的指针类型 。使用nullptr定义空指针可以避免类型转换的问题，因为nullptr只能被隐式地转换为指针类型 ，而不能被转换为整数类型。

nullptr也是0 ，但是对比NULL更好，解决了以上的特殊情况。**在C++以后都用nullptr！**C语言还是原来那套没问题。

以上就是本篇的全部内容了，C++的全部基础内容到此为止 。此刻，你我正式步入了C++的世界。如果本篇对你有帮助，不要忘了点赞+投币+收藏三联一波哦！我是此方，我们下期再见。