C/C++编程中的宏与内联函数

宏与内联函数都可提高代码的效率，但在实现和行为上有显著差异。

宏：预处理器指令，使用 #define 进行定义。它们在编译之前由预处理器进行文本替换。

特点：

1. 文本替换：宏在编译前进行文本替换，没有类型检查或错误检查。
2. 无类型安全：由于宏仅是文本替换，所以不进行类型检查。
3. 避免函数调用开销：宏可以减少函数调用的开销，但如果宏体较大，可能会导致代码膨胀。
4. 调试困难：宏在编译前就被替换，所以在调试时可能会带来困难。

 所以一般定义宏或者宏函数的代码量都很少，很小，基本上是一些简单操作。

示例1：平方运算
#define SQUARE(x) ((x) * (x))
示例2：cuda的错误检查函数
#define CHECK(call)                                   \
do                                                    \
{                                                     \
    const cudaError_t error_code = call;              \
    if (error_code != cudaSuccess)                    \
    {                                                 \
        printf("CUDA Error:\n");                      \
        printf("    File:       %s\n", __FILE__);     \
        printf("    Line:       %d\n", __LINE__);     \
        printf("    Error code: %d\n", error_code);   \
        printf("    Error text: %s\n",                \
            cudaGetErrorString(error_code));          \
        exit(1);                                      \
    }                                                 \
} while (0)

//调用宏
if(){
    CHECK(call)
}
else{

}

//等价于：
if(){
    do                                                    \
    {                                                     \
        const cudaError_t error_code = call;              \
        if (error_code != cudaSuccess)                    \
        {                                                 \
            printf("CUDA Error:\n");                      \
            printf("    File:       %s\n", __FILE__);     \
            printf("    Line:       %d\n", __LINE__);     \
            printf("    Error code: %d\n", error_code);   \
            printf("    Error text: %s\n",                \
            cudaGetErrorString(error_code));          \
            exit(1);                                      \
        }                                                 \
    } while (0)
}
else{

}

//如果像定义函数一样加 { }，会造成if语句中有两个{}，虽然能运行，但可读性差并且容易生成错误

可以看到宏的定义不包含参数数据类型，宏仅是文本替换，不进行参数替换。

第二个示例中do {...}whlie(0)是宏定义的内容，可以认为是一个函数，这里do{...}while中的内容才是宏的主体，也就是函数内容。do { ... } while (0) 是一个循环结构，但在这里它只执行一次。这种结构在宏定义中常用于确保宏在任何地方都能安全地使用，特别是在条件语句中。

那么宏函数的定义为什么不用{}呢，首先宏#define CHECK(x),要确保后面是一个单独的语句，如果在if，else使用宏时会导致else与if的错误匹配。do { ... } while (0) 结构提供了一种在宏定义中创建复杂逻辑的安全和一致的方式。所以在这里定义简单的宏只要使用单句即可，比如示例1，如果需要生成多行，最好使用do{}while(0)来确保宏定义使用的安全。

内联函数（Inline Function）

内联函数是一种通知编译器尝试在调用点展开函数体的方法，以减少函数调用的开销。使用 inline 关键字定义。

特点

1. 类型检查：与普通函数一样，内联函数进行类型检查和错误检查。
2. 编译器优化：内联是一种请求，编译器可以选择忽略这个请求。如果函数体较大或者包含复杂的控制结构，编译器可能不会进行内联。
3. 减少函数调用开销：如果编译器接受内联请求，它会在调用点展开函数体，减少函数调用的开销。
4. 可能的代码膨胀：如果内联函数在多个地方被调用，可能会导致代码膨胀。

inline int square(int x) {
    return x * x;
}

宏函数 vs 内联函数

• 类型安全：内联函数比宏函数更安全，因为它们进行类型检查。
• 调试：内联函数比宏更易于调试，因为它们是实际的函数。
• 控制：编译器可以选择不内联一个内联函数，但宏总是进行文本替换。
• 使用场景：宏功能更强大，可以包含任何东西（如多个语句、控制结构等），而内联函数受到常规函数的限制。

在C++中，在类的内部定义了函数体的函数，被默认为是内联函数。而不管你是否有inline关键字。当然在类的外部定义类的成员函数加上inline可以达到同样的效果。

 小结，内联函数与宏函数都可在使用处展开，可以避免函数调用的开销，宏函数是由预处理机制展开，不会检查类型安全，所以在传入错误参数时会出问题，而内联函数是一个函数，是由编译器决定是否内联，会对传入的参数进行类型检查。