"#define" 和 inline 的行为是否相同？答案

【问题标题】：Do "#define" and inline behave the same?"#define" 和 inline 的行为是否相同？
【发布时间】：2011-07-05 14:46:14
【问题描述】：

我在其中一个标题中有一些简短的定义，如下所示：

#define ROUND_DOWN(a,b)   (a)-(a)%(b)

例如

ROUND_DOWN(178,32) = 160

但是如果我把它传递给它：

ROUND_DOWN(160*2, 32);

然后编译成这样？

(160*2)-(160*2)%(32),

这只是更多的处理，因为它两次 160*2..

我想知道内联函数的行为方式是否相同？例如

inline int RoundDown(int a, int b)
{
return (a)-(a)%(b)
}

160*2 是否会作为 320 存储在“int a”中，然后计算会起作用，还是会与定义的行为相同？

一个更好的例子是调用：

RoundDown((x+x2)*zoom, tile_width);

【问题讨论】：

2 * ROUND_DOWN(178, 32) 会让事情不再起作用。请改用#define ROUND_DOWN(a,b) ((a)-(a)%(b))（注意额外的括号）。结论：无论如何都不会表现得一样。
用你的宏试试ROUND_DOWN(x++, y)，看看会发生什么。
@Fred：或者不知道会发生什么，因为 UB 会导致 invisible 恶魔飞出你的鼻子。

标签： c++ c c-preprocessor inline-functions

【解决方案1】：

“#define”和内联的行为是否相同？

不，他们没有！

宏和内联函数之间存在许多差异。

- 评估次数

作为参数传递给内联函数的表达式只计算一次。

在某些情况下，作为参数传递给宏的表达式可以被多次计算。每次在宏中使用参数时，都会评估该参数。

代码示例：

#define max(a,b) (a>b?a:b)

int main()
{

  int a = 0;
  int b = 1;

  int c = max(a++, b++);

  cout << a << endl << b << endl;
  return 0;

}

本意可能是打印 1 和 2，但宏扩展为：

int c = a++ > b++ ? a++ : b++;

b 增加两次，程序打印 1 和 3。

- 谁来评估他们

内联函数由编译器评估，而宏由预编译器在预编译时评估。

- 类型检查

内联函数遵循对普通函数强制执行的所有类型安全协议。检查参数类型，并正确执行必要的转换。编译器在将内联函数放入符号表之前执行返回类型检查、函数签名。
可以重载它们以对正确类型的数据执行正确类型的操作。

与内联函数相比，宏更容易出错。参数没有类型化（宏适用于任何算术类型的对象）。编译期间不进行错误检查。

代码示例：

#define MAX(a, b) ((a < b) ? b : a)

int main( void)
{
   cout << "Maximum of 10 and 20 is " << MAX("20", "10") << endl;
   return 0;
}

可以将字符串传递给执行整数运算的宏，而宏不会报错！

- 建议还是命令？

Inline 只是对编译器的一个建议。是否内联扩展函数由编译器决定。

宏将始终被扩展。

- 调试怎么样？

内联函数可以很容易地调试，因为你可以在内联函数定义处设置一个断点，然后一步步进入调试方法。

宏不能用于调试，因为它们在预编译时被扩展。

【讨论】：

您的MAXdefines 已损坏。试试MAX(5 & 3, 3 & 3)，它不会给出预期的结果3，而是1。
作为一个简单的规则，当你定义一个宏时，always在你的参数周围加上括号，always！
@tristopia：代码示例指出如果使用不当，宏会导致邪恶，您的评论指出了同样的问题，它们并不是要教如何编写宏。
可能是，但 OP 的问题是宏和内联之间的区别。您帖子中列出的错误案例确实解决了宏的一些问题，我指出的问题在您的回答中没有解决。顺便说一句，我没有对你的帖子投反对票。

【解决方案2】：

首先，您几乎应该假设所有常量表达式都在编译时进行评估，因此当您运行程序时，乘法永远不会被执行。

其次，你不能完全依赖inline 产生任何影响，这只是对编译器的提示，而不是要求。

但是即使函数没有内联，表达式也不会被计算两次，因为参数传递要求在函数体运行之前对其进行计算。

【讨论】：

对不起，我的坏例子，我不做常数计算，我的代码更像“RoundDown((x+x2)*zoom, tile_width);”，如果编译器确实看到了我的函数作为内联，它会计算两次还是存储在参数中？
@Kaije：表达式将被评估一次。时期。函数的内容，inline 与否，对其参数的评估次数没有任何影响。

【解决方案3】：

#defines 是简单的文本替换，因此（如您所见）您可能需要注意括号等。inline 参数会被正常解析。

有一个关于条件的related issue。

【讨论】：

【解决方案4】：

名义上，函数参数160*2 只计算一次，然后在函数体中使用结果，而宏对160*2 进行两次计算。如果参数表达式有副作用，那么你可以看到这个[*]：ROUND_DOWN(printf("hi!\n"), 1); vs RoundDown(printf("hi!\n"), 1);

在实践中，无论是内联函数还是扩展宏，都只是表达式中的整数运算，没有副作用。优化编译器可以计算出整个宏/函数调用的结果，并将答案粘贴在发出的代码中。所以你可能会发现你的宏和你的内联函数导致执行完全相同的代码，所以int a = ROUND_DOWN(160*2, 32);和int a = RoundDown(160*2, 32);可能都和int a = 320;一样。

在没有副作用的情况下，优化还可以存储和重复使用中间结果。所以int c = ROUND_DONW(a*2, b); 最终可能会发出看起来像你写的代码：

int tmp = a*2;
int c = tmp - tmp % b;

请注意，是否实际内联函数是编译器根据自己的优化规则做出的决定。这些规则可能会考虑函数是否标记为 inline，但很可能不会，除非您使用编译器选项强制内联或其他。

因此，假设一个体面的编译器没有理由为此使用宏 - 特别是对于您的宏，您只是在乞求有人来写：

int a = ROUND_DOWN(321, 32) * 2;

然后浪费几分钟想知道为什么结果是 319。

[*] 虽然不要忘乎所以 - 对于一些有副作用的表达式，例如 i++ 其中i 是一个整数，由于缺少序列点，宏具有未定义的行为。

【讨论】：

【解决方案5】：

在您给出的带有常量的示例中，在任何合理的编译器上，两个版本都会在编译时计算常量。

假设您实际上是在询问传入变量的情况，我希望编译器的优化器在两种情况下都生成相同的代码（如果保存结果更有效，它不会进行两次乘法运算。最后，内联函数确实为编译器提供了进行实际函数调用的选项，如果它可以提高性能。

最后请注意，我不会担心像这样的微优化，因为 99% 的情况下它只会对您的程序的性能没有影响 - I/O 将成为您的瓶颈。

【讨论】：