函數(shù)式宏定義與普通函數(shù)
在C及C++語言中允許用一個(gè)標(biāo)識(shí)符來表示一個(gè)字符串,稱為宏,該字符串可以是常數(shù)、表達(dá)式、格式串等。在編譯預(yù)處理時(shí),對(duì)程序中所有出現(xiàn)的“宏名”,都用宏定義中的字符串去代換,這稱為“宏代換”或“宏展開”。宏定義是由源程序中的宏定義命令完成的。宏代換是由預(yù)處理程序自動(dòng)完成的。若字符串是表達(dá)式,我們稱之為函數(shù)式宏定義,那函數(shù)式宏定義與普通函數(shù)有什么區(qū)別呢?我們以下面兩行代碼為例,展開描述:
函數(shù)式宏定義:#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
普通函數(shù) : MAX(a,b) { return a>b?a:b;}
(1)函數(shù)式宏定義的參數(shù)沒有類型,預(yù)處理器只負(fù)責(zé)做形式上的替換,而不做參數(shù)類型檢查,所以傳參時(shí)要格外小心。
(2)調(diào)用真正函數(shù)的代碼和調(diào)用函數(shù)式宏定義的代碼編譯生成的指令不同。
如果MAX是個(gè)普通函數(shù),那么它的函數(shù)體return a > b ? a : b; 要編譯生成指令,代碼中出現(xiàn)的每次調(diào)用也要編譯生成傳參指令和call指令。而如果MAX是個(gè)函數(shù)式宏定義,這個(gè)宏定義本身倒不必編譯生成指令,但是代碼中出現(xiàn)的每次調(diào)用編譯生成的指令都相當(dāng)于一個(gè)函數(shù)體,而不是簡單的幾條傳參指令和call指令。所以,使用函數(shù)式宏定義編譯生成的目標(biāo)文件會(huì)比較大。
(3)函數(shù)式宏定義要注意格式,尤其是括號(hào)。
如果上面的函數(shù)式宏定義寫成 #define MAX(a, b) (a>b?a:b),省去內(nèi)層括號(hào),則宏展開就成了k = (i&0x0f>j&0x0f?i&0x0f:j&0x0f),運(yùn)算的優(yōu)先級(jí)就錯(cuò)了。同樣道理,這個(gè)宏定義的外層括號(hào)也是不能省的。若函數(shù)中是宏替換為 ++MAX(a,b),則宏展開就成了 ++(a)>(b)?(a):(b),運(yùn)算優(yōu)先級(jí)也是錯(cuò)了。
(4)若函數(shù)參數(shù)為表達(dá)式,則普通函數(shù)的調(diào)用與函數(shù)式宏定義的替換過程是不一樣的。
普通函數(shù)調(diào)用時(shí)先求實(shí)參表達(dá)式的值再傳給形參,如果實(shí)參表達(dá)式有Side Effect,那么這些SideEffect只發(fā)生一次。例如MAX(++a, ++b),如果MAX是普通函數(shù),a和b只增加一次。但如果MAX函數(shù)式宏定義,則要展開成k = ((++a)>(++b)?(++a):(++b)),a和b就不一定是增加一次還是兩次了。所以若參數(shù)是表達(dá)式,替換函數(shù)式宏定義時(shí)一定要仔細(xì)看好。
(5)函數(shù)式宏定義往往會(huì)導(dǎo)致較低的代碼執(zhí)行效率。
看下面一段代碼:
int?a[]={9,3,5,2,1,0,8,7,6,4}; int?max(n) { ????return?n==0?a[0]:MAX(a[n],max(n-1)); } int?main() { ????max(9); ????return?0; }
若是普通函數(shù),則通過遞歸,可取的最大值,時(shí)間復(fù)雜度為O(n)。但若是函數(shù)式宏定義,則宏展開為( a[n]>max(n-1)?a[n]:max(n-1) ),其中max(n-1)被調(diào)用了兩遍,這樣依此遞歸下去,時(shí)間復(fù)雜度會(huì)很高。
盡管函數(shù)式宏定義和普通函數(shù)相比有很多缺點(diǎn),但只要小心使用還是會(huì)顯著提高代碼的執(zhí)行效率,畢竟省去了分配和釋放棧幀、傳參、傳返回值等一系列工作,因此那些簡短并且被頻繁調(diào)用的函數(shù)經(jīng)常用函數(shù)式宏定義來代替實(shí)現(xiàn)。