内联函数和constexpr函数

内联函数

const string &shorterString(const string &s1, const string &s2){
    return s1.size() <= s2.size() ? s1 : s2;
}

我们编写了一个小函数，它的功能是比较两个 string 形参的长度并返回长度较小的string 的引用。把这种规模较小的操作定义成函数有很多好处，主要包括∶

然而，使用 shorterString 函数也存在一个潜在的缺点：调用函数一般比求等价表达式的值要慢一些。

在大多数机器上，一次函数调用其实包含着一系列工作：调用前要先保存寄存器，并在返回时恢复；可能需要拷贝实参；程序转向一个新的位置继续执行。

内联函数可避免函数调用的开销

将函数指定为内联函数（inline），通常就是将它在每个调用点上"内联地"展开。假设我们把 shorterString 函数定义成内联函数，则如下调用

cout << shorterString(s1, s2) << endl;

将在编译中展开成类似于下面的形式

cout << (s1.size() < s2.size() ? s1 : s2) << endl;

从而消除了shorterString函数的和运行时开销。

在shorterString函数的返回类型前面家上关键字inline，这样就可以将它声明成内联函数了：

// 内联版本
inline const string &shorterString(const string &s1, const string &s2){
    return s1.size() < s2.size() ? s1 : s2;
}

一般来说，内联机制用于优化规模较小、流程直接、频繁调用的函数。

constexpr函数（constexpr function）是指能用于常量表达式的函数。

定义 constexpr 函数的方法与其他函数类似，不过要遵循几项约定：函数的返回类型及所有形参的类型都得是字面值类型，而且函数体中必须有且只有一条 return 语句∶

constexpr int new_sz() {return 42;}
constexpr int foo = new_sz();        // 正确：foo是一个常量表达式。

我们把 new_sz 定义成无参数的 constexpr 函数。因为编译器能在程序编译时验证 new_sz 函数返回的是常量表达式，所以可以用 new_sz函数初始化constexpr类型的变量 foo。

执行该初始化任务时，编译器把对 constexpr 函数的调用替换成其结果值。为了能在编译过程中随时展开，constexpr 函数被隐式地指定为内联函数。

constexpr 函数体内也可以包含其他语句，只要这些语句在运行时不执行任何操作就行。

例如，constexpr 函数中可以有空语句、类型别名以及using 声明。

我们允许 constexpr 函数的返回值并非一个常量：

constexpr size_t scale(size_t cnt) {return new_sz() * cnt;}

当scale的实参时常量表达式时，它的返回值也是常量表达式，反之不然：

int arr[scale(42)];     // 正确：scale(42)是常量表达式
int i = 2;              // i不是常量表达式
int a2[scale(i)];       // 错误：scale(i)不是常量表达式

如上例所示，当我们给 scale 函数传入一个形如字面值 2 的常量表达式时，它的返回类型也是常量表达式。此时，编译器用相应的结果值替换对 scale 函数的调用。

如果我们用一个非常量表达式调用 scale 函数，比如 int 类型的对象 i，则返回值是一个非常量表达式。当把 scale 函数用在需要常量表达式的上下文中时，由编译器负责检查函数的结果是否符合要求。如果结果恰好不是常量表达式，编译器将发出错误信息。

把内联函数和 constexpr 函数放在头文件内

和其他函数不一样，内联函数和constexpr 函数可以在程序中多次定义。

毕竟，编译器要想展开函数仅有函数声明是不够的，还需要函数的定义。不过，对于某个给定的内联函数或者 constexpr 函数来说，它的多个定义必须完全一致。基于这个原因，内联函数和 constexpr 函数通常定义在头文件中。

posted @ 2021-01-20 17:17 DearLeslie 阅读(238) 评论(0) 编辑收藏举报

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