C++——初识（2）

一、引言

由于时间关系，上次我们只讨论了C++对C语言的部分改进。今天，让我们继续深入了解这位编程伙伴的其他特性。

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二、inline

在学习inline之前，让我们先来回顾一下C语言里面的宏函数，因为这可是C++的祖师爷为了补宏函数的坑设计的。

下面我们来通过代码看看宏函数的坑和正确写法：

#include<iostream>
using namespace std;

// 实现⼀个ADD宏函数的常⻅问题
//#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))
// 为什么不能加分号? 
// 为什么要加外⾯的括号? 
// 为什么要加⾥⾯的括号? 
int main()
{
    int ret = ADD(1, 2);
    cout << ADD(1, 2) << endl;
    cout << ADD(1, 2)*5 << endl;
    int x = 1, y = 2;
    ADD(x & y, x | y);  // -> (x&y+x|y)

    return 0;
}

思考一下我提的三个为什么，平常宏替换是将函数名替换成后面的内容，第一如果加了分号，那cout <<ADD(1,2)<<endl; 不就等于cout <<ADD(1,2)；<<endl;了吗；第二个如果不加外面外面的括号，那么大家看看ADD(1,2)*5,宏替换后是否还满足我们所需要的结果；第三个我们不加里面的括号，ADD(x&y,x|y)是否就变成了x&(y+x)|y,因为加法的运算符等级更高。

让我们仔细思考这三个问题：

1. 如果宏定义末尾加了分号，那么cout << ADD(1,2) << endl;展开后就变成了cout << ADD(1,2); << endl;，这显然会导致语法错误。

2. 如果不给宏定义加外层括号，例如ADD(1,2)*5展开后就会变成1+2*5，由于运算符优先级问题，结果将不符合预期。

3. 如果宏参数不加括号，比如ADD(x&y,x|y)展开后会变成x&y + x|y，由于加法运算符优先级高于位运算，实际运算顺序会变成x&(y + x)|y，这将导致计算结果错误。

所以C++在设计的时候就发明了inline去避免宏函数造成的这么坑。

inline：

• 使用inline修饰的函数称为内联函数。在编译时，C++编译器会将内联函数在调用处直接展开，从而避免函数调用时的栈帧开销，提升执行效率。

• inline关键字对编译器而言仅是建议性指令，编译器有权决定是否真正展开。不同编译器对内联展开的处理策略各异，因为C++标准未对此作强制规定。内联机制最适合短小且频繁调用的函数，而递归函数或较长的函数即使声明为内联也通常会被编译器忽略。

• C语言通过宏函数实现类似功能（预处理阶段展开），但宏函数编写复杂、易出错且难以调试。C++引入内联函数正是为了取代C的宏函数方案。

• 内联函数不建议将声明与定义分离到不同文件，否则会导致链接错误。由于内联展开后函数地址消失，链接阶段将无法正确解析引用。

额外告诉大家一个看到内联函数是否展开的小妙招哦：

#include<iostream>
using namespace std;

inline int Add(int x, int y)
{
    int ret = x + y;
    ret += 1;
    ret += 1;
    ret += 1;
    return ret;
}
int main()
{
    // 可以通过汇编观察程序是否展开
    // 有call Add语句就是没有展开，没有就是展开了
    int ret = Add(1, 2);
    cout << Add(1, 2) * 5 << endl;

    return 0;
}

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三、nullptr

NULL实际是⼀个宏，在传统的C头⽂件(stddef.h)中，可以看到如下代码：

#ifndef NULL
    #ifdef __cplusplus
        #define NULL    
    #else
        #define NULL    
    #endif
#endif

• 在C++中，NULL可能被定义为字面量0，或在C中被定义为无类型指针(void*)的常量。无论采用哪种定义，使用空指针时都可能出现问题。例如，调用f(NULL)本意是想调用指针版本的f(int*)，但由于NULL被定义为0，实际调用了f(int)，导致与预期不符。而f((void*)NULL)调用则会报错。

• C++11引入的nullptr是一个特殊关键字，属于特定类型的字面量。它可以隐式转换为任意指针类型，但不会转换为整数类型。使用nullptr定义空指针能有效避免类型转换问题，确保代码意图的准确表达

#include<iostream>
using namespace std;

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

int main()
{
    f(0);
    // 本想通过f(NULL)调⽤指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，调⽤了f(int x)，因此与程序的初衷相悖。
 
    f(NULL);    //结果为f(int x),与f(0)一样

    //f((int*)NULL);
    // 编译报错：error C2665: "f": 2 个重载中没有⼀个可以转换所有参数类型
 
    // f((void*)NULL);

    f(nullptr);

    return 0;
}

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四、总结

总的来说，C++ 这两个新特性，其实都是在给 C 语言的老问题 "打补丁"------ 既保留了 C 语言的高效，又把那些容易踩的坑给填上了。

先说说 inline 内联函数，它就是宏函数的 "升级版"。C 语言的宏函数看着好用，不用函数调用的开销，但写的时候得小心翼翼加各种括号，稍不注意就因为运算符优先级搞出 bug，还没法调试。而 inline 就省心多了，写起来和普通函数一样，编译器会帮我们在调用的地方直接展开，既快又安全，还能支持类型检查和重载。不过也别随便用，要是函数体太长或者有递归，编译器根本不会给你内联，反而白忙活一场。

再看 nullptr，它就是来解决 NULL 的尴尬的。C 语言里 NULL 本质上就是 0，在 C++ 里写函数重载的时候，想传个空指针调用指针版本的函数，结果 NULL 被当成整数，直接调用了 int 版本的，完全违背初衷。而 nullptr 就专门用来表示空指针，只能传给指针类型，再也不会搞混，代码意图也更清晰。现在写 C++ 代码，建议直接把 NULL 换成 nullptr，尤其是用重载和智能指针的时候，能少踩很多坑。

如果大家在 inline 或者 nullptr 上遇到具体问题，比如不知道怎么判断内联有没有生效，或者在老项目里替换 NULL 怕出问题，欢迎在评论区一起讨论～ 编程就是这样，把细节里的坑都踩明白，技术才能慢慢提升，咱们继续在 C++ 的世界里探索吧！其实从宏函数到 inline从 NULL 到 nullptr，能看出来 C++ 的设计思路 ------ 不是要把 C 语言推翻重来，而是在它的基础上，让我们写代码的时候更省心、更安全。