【C++基础】内联函数、nullptr（内联函数的概念；内联函数VS宏函数；内联函数的特性；C++11中的nullptr）

七、内联函数

7.1 内联函数的概念

以inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在调用内联函数的地方展开，没有函数调用建立栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率。

应用场景：

• 短小简单的函数（1-10行），频繁地调用（10万次）；
• 如：堆排和快排进行大数据排序，当中的Swap函数被频繁地调用。

我们可以做以下测试：

• 普通Add函数：

  

如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用。

• 内联Add函数：

  

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7.2 内联函数VS宏函数

宏函数的优缺点：

• 优点：
  1. 代码的复用性变强
  2. 减少栈帧建立，提高效率

• 缺点：
  1. 宏函数书写复杂，可读性差
  2. 没有类型安全检查
  3. 不方便调试（因为预编译阶段进行了替换）

内联函数几乎解决了宏函数的所有缺点，并兼具其所有优点。所以内联函数可以完美替代宏函数。

《Effective C++》条款02：尽量以const,enum,inline 替换 #define

1. 常量定义 换用const,enum
2. 短小函数定义 换用inline内联函数

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7.3 内联函数的特性

1. inline是一种以空间换时间的做法，如果编译器将函数当成内联函数处理，在编译阶段，会用函数体替换函数调用，缺陷：可能会使目标文件变大，优势：少了调用开销，提高程序运行效率。

2. 为了便于调试，内联函数在debug模式下不会展开。

3. 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(即函数的汇编指令不是很长很复杂，具体没有准确的说法，取决于编译器内部实现)、不是递归、且频繁调用的函数采用inline修饰，否则编译器会忽略inline特性。

   • 下图为《C++prime》第五版关于inline的建议：

   

   提示：函数规模较大或是递归函数也展开的话会使汇编指令体量暴增，最后导致编译时间变长，可执行程序变大等问题。

   • 以下是测试代码：
     

4. inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地址了，链接就会找不到。

// F.h
#include 
using namespace std;
inline void f(int i);

// F.cpp
#include "F.h"
void f(int i)
{
	cout << i << endl;
}

// main.cpp
#include "F.h"
int main()
{
	f(10);
	return 0;
}
// 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl
f(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

建议：内联函数的定义可以直接写在头文件中。

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八、指针空值nullptr(C++11)

8.1 C++98中的指针空值

在良好的C/C++编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现不可预料的错误，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下方式对其进行初始化：

void TestPtr()
{
int* p1 = NULL;
int* p2 = 0;
// ……
}

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 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif

可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，或者被定义为无类型指针(void*)的常量。不论采取何种定义，在使用空值的指针时，都不可避免的会遇到一些麻烦，比如：

void f(int)
{
	cout<<"f(int)"<<endl;
}
void f(int*)
{
	cout<<"f(int*)"<<endl;
}
int main()
{
	f(0);
	f(NULL);
	f((int*)NULL);
	return 0;
}

测试结果：

• 程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(in*)函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的初衷相悖。
• 在C++98中，字面常量0既可以是一个整形数字，也可以是无类型的指针(void*)常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void*)0。

8.2 C++11中的nullptr

为了解决上述问题C++11中引入的新概念nullptr，他等价于(void*)0；因此不存在类型混乱的问题。

注意：

1. 在使用nullptr表示指针空值时，不需要包含头文件，因为nullptr是C++11作为新关键字引入的。
2. 在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
3. 为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议最好使用nullptr。