函數式宏定義與普通函數


  在C及C++語言中允許用一個標識符來表示一個字符串,稱為宏,該字符串可以是常數、表達式、格式串等。在編譯預處理時,對程序中所有出現的“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。宏代換是由預處理程序自動完成的。若字符串是表達式,我們稱之為函數式宏定義,那函數式宏定義與普通函數有什么區別呢?我們以下面兩行代碼為例,展開描述:

  函數式宏定義:#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
  
普通函數     : MAX(a,b) { return a>b?a:b;}

(1)函數式宏定義的參數沒有類型,預處理器只負責做形式上的替換,而不做參數類型檢查,所以傳參時要格外小心。

(2)調用真正函數的代碼和調用函數式宏定義的代碼編譯生成的指令不同。

  如果MAX是個普通函數,那么它的函數體return a > b ? a : b; 要編譯生成指令,代碼中出現的每次調用也要編譯生成傳參指令和call指令。而如果MAX是個函數式宏定義,這個宏定義本身倒不必編譯生成指令,但是代碼中出現的每次調用編譯生成的指令都相當於一個函數體,而不是簡單的幾條傳參指令和call指令。所以,使用函數式宏定義編譯生成的目標文件會比較大。

(3)函數式宏定義要注意格式,尤其是括號。

  如果上面的函數式宏定義寫成 #define MAX(a, b) (a>b?a:b),省去內層括號,則宏展開就成了k = (i&0x0f>j&0x0f?i&0x0f:j&0x0f),運算的優先級就錯了。同樣道理,這個宏定義的外層括號也是不能省的。若函數中是宏替換為 ++MAX(a,b),則宏展開就成了 ++(a)>(b)?(a):(b),運算優先級也是錯了。

(4)若函數參數為表達式,則普通函數的調用與函數式宏定義的替換過程是不一樣的。

  普通函數調用時先求實參表達式的值再傳給形參,如果實參表達式有Side Effect,那么這些SideEffect只發生一次。例如MAX(++a, ++b),如果MAX是普通函數,a和b只增加一次。但如果MAX函數式宏定義,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。所以若參數是表達式,替換函數式宏定義時一定要仔細看好。

(5)函數式宏定義往往會導致較低的代碼執行效率。

  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,則通過遞歸,可取的最大值,時間復雜度為O(n)。但若是函數式宏定義,則宏展開為( a[n]>max(n-1)?a[n]:max(n-1) ),其中max(n-1)被調用了兩遍,這樣依此遞歸下去,時間復雜度會很高。

  盡管函數式宏定義和普通函數相比有很多缺點,但只要小心使用還是會顯著提高代碼的執行效率,畢竟省去了分配和釋放棧幀、傳參、傳返回值等一系列工作,因此那些簡短並且被頻繁調用的函數經常用函數式宏定義來代替實現。


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