676
【进阶】关于宏定义和内联函数
Tips：
1. 对于单纯常量，尽量用const对象或者enums替换 #define
2. 对于形似函数的宏(marcos)，最好改用inline函数替换#define
我们先来看一般的宏定义
#define ASPECT_RATIO 1.653;
记号名称为ASPECT_RATIO也许从未被编译器看见： 也许在编译器开始处理源码之前它就被预处理器取走了。于是记号ASPECT_RATIO有可能没有进入到几号表（symbol table）内，于是当你运用此常量获得一个编译错误信息时，可能会带来困惑，因为这个错误信息也许会提到1.653而不是ASPECT_RATIO。如果ASPECT_RATIO被定义在一个非你所写的头文件内，你肯定会对1.653是从何而来的感到费解。
解决之道是以一个常量替换上述宏：
const double AspectRatio = 1.653;作为一个语言常量，AspectRadio肯定会被编译器看到，当然会进入记号表内。
当我们以常量替换#define，有两种特殊情况需要注意：
第一是定义常量指针（constant pointers）。 由于常量定义通常被放在头文件内（以便被不同的源码含入），因此有必要将指针（而不只是指针指向之物）声明为const。即指向常量的常量指针。
第二是class专属常量。为了将常量的作用域（scope）限制于class内，必须将它成为class的一个成员（member）；而为了确保此常量之多只有一份实体，必须让它成为一个static成员：
class GamePlayer{
private:
static const int NumTurns = 6;//常量声明式
int scores[NumTurns];//使用该常量
...
};
然而你所看到的NumTurns的声明式而非定义式；通常C++要求你对你所使用的任何一个东西提供一个定义式，但如果它是一个class的专属常量又是static并且为整数类型（integral type，例如ints, chars, bools）则需要特殊处理。只要不取它们的地址，你可以声明并且使用他们而无需提供定义式。但如果你取某个class专属常量的地址，或者纵使你不取其地址而编译器却（不正确地）坚持要看到一个定义式，你就必须另外提供定义如下：
const int GamePlayer:: NumTurns;// NumTurns的定义式，下面告诉大家为什么没有给予数值
请把这个式子放进一个实现文件而非头文件，由于class常量已在声明时获得了初值（例如先前声明时将其赋值为6），因此定义时 不可以 在定义初值。
顺带一提：我们无法利用#define创建一个class的专属常量，因为#define并不重视scope。一旦宏被定义了，它就在其后的编译过程中有效（除非在某处被#undef）。同时意味着#define不仅不能用来定义class专属常量，也不能提供任何封装性，也就是说没有private #define之类的东西。
如果你的编译器（错误地）不允许“static整数型class常量完成in class 初值设定”可改用所谓的“the enum hack”补偿做法。理论基础是“一个属于枚举类型（enumerated type）的数值可权充ints被使用”：
class GamePlayer{
private:
enum{NumTurns = 5} ;
int scores[NumTurns];
...
}
基于数个理由enum hack值得我们认识：
第一： enum hack的行为某方面说比较像#define而不像const，有时候这正是你所想要的。例如取一个const的地址是合法的，而取一个enum的地址就不合法，而取一个define的地址通常也不合法。如果你不想要一个pointer或者reference指向你的某个整数常量，enum可以帮助你实现这个约束。
第二：实用主义。许多代码用了它，所以看到它的时候你必须认识它- -! ,好吧我承认我刚认识。。。事实上，enum hack是template metaprogramming（模板元编程）的基础
另一种常见的#define的误用情况是以它实现宏（marcos）。宏看起来像函数，但不会招致函数调用（function call）带来的额外开销。例如：
#define CALL_WITH_MAX(a,b) f((a)>(b) ? (a):(b))
这般长相的宏有太多缺点，光是想到它们就让人苦不堪言。
无论何时你写出这种宏，必须记住为宏中的所有实参加上小括号。但纵使你为所有实参都加上了小括号，看看下面意想不到的事：
int a = 5, b = 0; CALL_WITH_MAX(++a,b); //a 被累加二次 CALL_WITH_MAX(++a, b+10); //a 被累加一次
调用f之前， a的递增次数竟然取决于 它被拿来和谁比较！！
到了template inline上场的时候了！
tips：
1. inline函数的代码被放在符号表中，像宏一样展开，效率高
2. 类的inline函数是一个真正的函数，检查参数类型，确保调用正确
3. inline函数可作为类的成员函数，可在其中使用private和protect成员。
4. 将大多数inline限制在小型，被频繁调用的函数身上，这可使得日后的调试过程和二进制升级（binary upgradability）变得更容易。也可使得潜在的代码膨胀问题最小化，使程序的速度提升机会更大。
inline函数，看起来像函数，动作像函数，比宏好的多，可以调用它们又不需要蒙受函数调用所招致的额外开销。实际上，能够获取的比想到的更多，因为“免除函数调用成本”只是故事的一部分而已。编译器最优化机制通常被设计用来浓缩那些“不含函数调用”的代码，所以当你inline某个函数，或许编译器就因此有能力为它执行语境相关最优化，大部分编译器绝不会对着一个“outline函数调用”动作执行如此之最优化。
inline函数当然也有缺点。inline函数背后的整体观念是将“对此函数的每一次调用”都以函数本体替换之。这样做的最直接结果就是增加目标码（object code）大小。在一台内存有限的机器上，过渡热衷inlining会造成程序体积太大（对可用空间而言）。即时拥有虚拟内存，inline造成的代码膨胀也会导致额外的换页行为（paging），降低指令高速缓存装置的击中率（instruction cache hit rate），以及伴随这些而来的效率损失。
REMEMBER： inline只是对编译器的一个申请，不是强制命令，这项申请可以隐喻提出，也可以明确提出。
隐喻方式是将函数定义于class定义式内：
class Person{
public:
...
int age() const {return theAge;} // 一个隐喻的inline申请，age被定义域class定义式内；
...
private:
int theAge;
}；
这样的函数通常是成员函数，friend函数也可被定义于class内，如果真是这样， friend函数也是被隐喻声明为inline
明确声明inline函数的方式是在函数定义式前面加上关键字inline。标准的max temple是这样实现的：
template<typename T>
inline const T& std::max(const T&a, const T&b){ return a<b?a:b;}
max是个template 带出了一个观察结果：inline函数和template两者通常都被定义于头文件内，这使得某些程序员以为function template一定必须是inline。这个结论不但无效而且有害。
inline函数通常一定被置于头文件内，因为大多数建置环境（build enviroment）在编译过程中进行inlining，而为了将一个“函数调用”替换为“被调用函数的本体”，编译器必须知道那个函数长什么样子。虽然有个例，但大多数c++程序中，inline是编译期行为。
大部分编译器拒绝将太过复杂（例如带有循环和递归）的函数inline。而对所有vitual函数的调用（除非是最平淡无奇）的也都会使inlining落空。这应该不感到惊讶，因为virtual意味着“等待，知道运行期才确定调用哪个函数”，而inline意味着“执行前，现将调用动作置换为被调用函数的本体”。
构造函数和析构函数往往是inlining的糟糕候选人--虽然在漫不经心的情况下我们可能不会这样认为，看下面的代码：
class Base{
public:
...
private:
std::string bm1, bm2; //base 成员1和2
};
class Derived: public: Base{
public:
Derived(){} //Derived构造函数是空的，really？
private:
std::string dm1, dm2, dm3;// derived 成员1，2和3
};
derived类的构造函数是空的，看起来像是个inlining的绝佳候选人，因为它根本不含任何代码，但是。。。
C++对于“对象被构建和销毁时发生什么事情”做了各式各样的保证。当你使用new，动态创建的对象被其构造函数自动初始化；当你使用delete，对应的析构函数会被调用。当你创建一个对象，其每一个base class及每一个成员变量都会被自动构造；当你销毁一个对象，反向程序的析构行为也会自动发生。如果有个异常在对象构造期间被抛出，该对象已经构建好的那一部分会自动销毁。在这些情况下C++描述了什么一定会发生，但没有描述是如何发生的。“事情如何发生”是编译器的权责，不过有一点很清楚，就是它不可能凭空发生。程序内的一定有某些代码让这些事情发生，而那些代码---由编译器于编译期间代为产生并安插到你的程序中的代码--肯定存在某个地方，有时候就放在构造函数和析构函数中。下面看一下编译器为上面代码中空的Derived函数做了哪些工作：
Derived::Derived(){
Base::Base(); //初始化Base成分
try{dm1.std::string::string();} //试图构造dm1
catch(...){ //如果异常，销毁base class成分，并抛出该异常
Base::~Base();
throw;
}
try{dm2.std::string::string();} //试图构造dm2
catch(...){ //如果异常，销毁base class成分，并抛出该异常
dm1.std::string::~string(); //还要销毁已经创建的dm1
Base::~Base();
throw;
}
try{dm3.std::string::string();} //试图构造dm3
catch(...){ //如果异常，销毁base class成分，并抛出该异常
dm2.std::string::~string(); //先销毁创建的dm2
dm1.std::string::~string(); //还要销毁已经创建的dm1
Base::~Base();
throw;
}
}
这段代码不能代表编译器真正制造出来的代码，因为真正的编译器会更精确复杂地做法来处理异常，尽管如此，这已经能准确反映Derived的空白构造函数必须提供的行为。相同的理由也适用于Base构造函数，所以如果它被inline，所以替换“base构造函数调用”而插入的代码都会被插入到“Derived 构造函数调用”内。程序库设计者必须评估“将函数声明为inline”的冲击：inline函数无法随着程序库的升级而升级。换句话说如果f是程序库内的一个inline函数，客户将“f函数本体”编进其程序中，一旦程序设计者决定改变f，所有用到f的客户端程序都需要重新编译。而如果f是non-inline函数，一旦它有任何改动，客户端只需要重新连接就好，远比重新编译的负担少很多。如果程序库采用动态连接，升级版函数甚至可以不知不觉地被应用程序吸纳。
最后更新：2017-04-03 14:54:11