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C++内联/构造函数详解

C++内联/构造函数详解

内联函数

宏:

宏的优缺点?
优点:
1.增强代码的复用性。
2.提高性能。
缺点:

1.展开后会使得代码长度变长,使可执行程序变大
2.不方便调试宏。(因为预编译阶段进行了替换)
3.导致代码可读性差,可维护性差,容易误用。(副作用)
4.没有类型安全的检查

先来回顾一下C语言中宏的知识点。

当一段代码被多次反复调用时,如果使用函数封装,将会重复地开辟、销毁多次函数栈帧,从而带来效率上较大的损耗。

为了提高效率,C语言中设计出了宏。宏是一种替换,会将这一段代码完全替换到要使用的地方,不用进行函数调用,从而提高了效率。

然而,宏由于替换的特点,需要格外注意“上下文”,是否需要加“括号”(操作符优先级问题),以及较差的可读性和不可调试的特点,只能适用于一些简单的场景。

总结:宏是用空间换时间,为了提高效率而产生的,但是在使用中又出现了一些其它的缺点。在C++中,产生了一种内联函数,可以专注于用空间换时间的效率提升

Inline函数

升级点:

将短小且会多次调用的一段代码,仍然封装为一个函数,但是要在函数返回值前加上Inline。

在编译时,会将函数体展开(产生和宏一样的替换效果),从而提高效率。

弥补了宏的2个缺点

1、因为变成了一种函数,增加了类型检查,更加安全。

2、变成了函数形式,提高了可读性、可维护性,不容易出现歧义等“副作用”。

调试:

在debug下不可以调试,但可以修改编译器属性,使其可以调试。

在release版本下可以进行调试。

这样又解决了宏不可调试的缺点。

编译器优化:

inline对于编译器而言只是一个建议,不同编译器关于inline实现机制可能不同,一般建
议:将函数规模较小(即函数不是很长,具体没有准确的说法,取决于编译器内部实现)、
是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰,否则编译器会忽略inline特性。

简单来说:编译器会进行一个优化操作。

对于时间换空间,我们要在合理的范围内进行,比如牺牲5倍空间,换来2倍效率的提升是值得的,但是如果牺牲10000倍空间,就有些不值得了,不同编译器对于此尺度是不同的。如果内联函数过长,就会被直接忽略,不再展开,而是仍然进行函数调用call指令

举一个例子:如果inline函数仅有3行代码,并且被调用了1W次。转换成指令就变成了3W行。

若不使用inline函数,指令有(1W+3)行(1W次call,加上函数本身)这样的尺度是可以接受的。

如果inline函数有100行代码,指令为100W行。

不使用inline函数,指令仅有(1W+100)行,这样的话会使代码变得过长,编译器就会忽略了。

声明定义不分离:

由于inline函数的初衷是完成替换功能,而不是call指令,因此内联函数在翻译过程中是不会进行符号表,即不会参与后续的链接过程。

因此,当内联函数的定义与声明分离时,编译器就找不到要替换的部分了,就会产生错误。

必须要在哪个源文件使用,就在那里定义。

或者定义在头文件中,然后哪个源文件使用,就去包含头文件,即把函数的定义拷贝过去。

封装:

封装:将数据和操作数据的方法进行有机结合,隐藏对象的属性和实现细节,仅对外公开接口来
和对象进行交互。
我们可以定义一个类,并将这个类实例化为几个对象。

可以利用类中定义public的函数/方法对这些对象进行相关操作。

封装后,我们便不能在类的外面对于非公有变量进行操作。在C++中实现封装,可以通过类将数据以及操作数据的方法进行有机结合,通过访问权限来隐藏对象内部实现细节,控制哪些方法可以在类外部直接被使用。

this指针

编译器实现原理:

我们先定义了一个Date的类,在C++中,成员函数都是定义在公共区域的,每次示例化的过程,开辟空间的只有成员变量(因为函数实现的功能是相同的,为了避免空间浪费)。

 d1和d2调用的都是同一个Print函数,编译器底层是如何区分出d1和d2的呢?

 在汇编中我们可以看到,编译器实际上将d1和d2的地址分别传给了Print函数,从而区分两个对象并且方便后续对不同对象内部进行相应操作。

但是在C++代码中,我们并没有传入&d1和&d2,编译器是如何实现的呢?

C++中通过引入this指针解决该问题,即:C++编译器给每个“非静态的成员函数“增加了一个隐藏
的指针参数,让该指针指向当前对象(函数运行时调用该函数的对象),在函数体中所有“成员变量”
的操作,都是通过该指针去访问。只不过所有的操作对用户是透明的,即用户不需要来传递,编
译器自动完成。

简单来说,编译器内部使得每一个成员函数都多了一个 DataType * const this 类型的指针,可以接收不同对象的不同地址,const的修饰使得this只能指向外部指定的这个对象。

这个this指针是隐式传递的,不可以显式传递和接收。

 在成员函数内部可以使用this指针。

this指针特性

1. this指针的类型:类类型* const,即成员函数中,不能给this指针赋值。
2. 只能在“成员函数”的内部使用
3. this指针本质上是“成员函数”的形参,当对象调用成员函数时,将对象地址作为实参传递给
this形参所以对象中不存储this指针
4. this指针是“成员函数”第一个隐含的指针形参,一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传
递,不需要用户传递
因为this指针是形参,所以它存在栈区。

this指针能否为空?

 首先我们要知道,对空指针解引用是一种运行错误,而不是编译错误。

先是定义了一个A类的指针p,且p为空指针。

C++代码上,p->Print()看似是对p进行解引用,但因为成员函数都放在公共区域,并不需要对象的指针p去寻找,即底层上并没有对p进行解引用,只是将p(对象的地址)传入Print函数中,并用this指针这个形参进行接收。

然后要看在成员函数内部是否对this空指针进行解引用。

情况1中没有,因此可以正常运行。情况2中解引用了,产生执行错误。

因此,this指针可以接收为空,只要不解引用即可。

构造函数:

在C语言中,我们有时可能会忘记进行初始化和销毁,在C++中,构造函数和析构函数可以进行编译器自动初始化和销毁。

在空类中编译器会生成6个默认成员函数。

默认成员函数:用户没有显式实现,编译器会生成的成员函数称为默认成员函数。

构造函数是一个特殊的成员函数,名字与类名相同,实例化对象时由编译器自动调用,以保证
每个数据成员都有 一个合适的初始值,并且在对象整个生命周期内只调用一次。构造函数是特殊的成员函数,需要注意的是,构造函数虽然名称叫构造,但是构造函数的主要任务并不是开空间创建对象,而是初始化对象

特性:

1. 函数名与类名相同。
2. 无返回值。
3. 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
4. 构造函数可以重载
5. 如果类中没有显式定义构造函数,则C++编译器会自动生成一个无参的默认构造函数,一旦
用户显式定义编译器将不再生成

6.对内置类型成员不初始化,自定义成员初始化。
注:C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷,又打了补丁,即:内置类型成员变量在
类中声明时可以给默认值。

7. 无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数,并且默认构造函数只能有一个
注意:无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数,都可以认为
是默认构造函数。

typedef int DataType;
class Stack
{
public://  3、对象示例化时自动调用构造函数  1、同类名  2、无返回值  4、可以重载Stack(DataType capacity = 3){cout << "Stack(DataType capacity = 3)" << endl;_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);if (NULL == _array){perror("malloc申请空间失败!!!");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}//  构造函数支持重载的另一种初始化方式Stack(DataType* a, int n){_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * n);if (nullptr == _array){perror("malloc fail");return;}memmove(_array, a, sizeof(DataType) * n);_capacity = n;_size = n;}void Push(DataType data){// CheckCapacity();_array[_size] = data;_size++;}~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;if (_array){free(_array);_array = NULL;_capacity = 0;_size = 0;}}
private:DataType* _array;int _capacity;int _size;
};

这里我用顺序栈来演示。

写一个与类同名的Stack函数,且不用写返回值。 完成对容量、个数和数组的初始化。1-2

在对象实例化后自动调用,完成了初始化。 3

支持函数重载(用参数来区分同名函数)。

这里我用一个外部的数组a,共有n个元素,对这个顺序栈进行初始化。4

 

 将两个构造函数Stack都屏蔽后,编译器生成了一个无参的默认构造函数。这个默认构造函数对自定义类型进行初始化,对于内置类型不初始化,即这里的_size和_capacity都变为了随机值。5

 

 声明的时候可以给一个缺省值,这样一来,当我们不自己定义构造函数时,编译器自己产生的也可以帮助我们把内置类型给完成初始化6

  1、一般情况下,如果有内置类型成员,需要自己写构造函数
  2、当全部都是自定义成员时,可以让编译器自己生成构造函数

无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数,它们存在时,编译器就不会自动生成了,之前C++11的补丁也就与这里无关了。


 无参数时产生歧义,编译器不知道要调用哪个构造函数。

传入任意一个参数就不会报错。

当然,如果其中一个不是全缺省,即需要至少一个参数,无参数时就能区分,也不会报错了。7

目录

一、内联函数

宏:

Inline函数

升级点:

调试:

编译器优化:

声明定义不分离:

封装:

this指针:

编译器实现原理:

this指针特性

this指针能否为空?

构造函数:

特性: