linux驱动开发-内联函数与宏

一、内联函数

内联函数是C++的增强特性之一，它是为了提高程序运行的速度而做的改进。当编译器发现某段代码在调用一个内联函数的时候，首先是不会直接去调用这个函数，而是将该函数的整段代码插入到当前的位置。

在了解内联函数原理的前提下，我们需要先了解常规函数调用的过程。在程序中编译过程的最终产物是可执行程序，在程序运行时，操作系统将指令载入到计算机的内存中。每条指令都有特定的内存位置，计算机根据这些指令逐步依次执行，当计算机程序执行到常规函数调用的指令时，程序会在函数调用后立即存储该指令的内存地址，并将函数参数复制到堆栈中，跳转到函数内存地址并执行函数代码，当执行结束后跳回原来保存的地址处。这样来回跳转并进行参数复制会降低程序运行的速度。

所以C++推出了内联函数，内联函数是将编译代码与其他代码“内联”起来，编译器在使用函数代码直接代替函数的调用（这种替换行为发生的编译阶段而非程序运行阶段），对于内联函数，程序不需要跳转执行代码，没有函数压栈的开销，因此程序运行速度会稍快，但是会占用更多的内存空间。

1.1 内联函数的使用原则

1. 定义内联函数时，使用inline关键字在函数的最前面声明函数，称为内联声明函数。

2. 内联函数首先是函数，函数的很多性质都适用于内联函数，如内联函数可以重载。

3. 内联函数体中，不能有循环语句、if语句或switch语句，否则，函数定义时即使有inline关键字进行声明，编译器也会把该函数作为非内联函数进行处理。

4. 内联函数的定义性声明应该出现函数调用之前。

#include <stdio.h>

// 声明一个使用 inline 关键字修饰的函数
inline int sub(int a, int b);

int main() {
    int result = sub(3, 4);
    printf("Result: %d\n", result);
    return 0;
}

// 定义使用 inline 关键字修饰的函数
inline int sub(int a, int b) {
    return a - b;
}

1.2 内联函数的优缺点

缺点：

1. 由于代码的扩展，内联函数增大了可执行程序的体积。

2. C++内联函数的展开是在编译阶段，意味着如果内联函数发生改动，就需要重新编译代码。

3. 内联函数不受嵌入式系统的青睐，由于嵌入式系统的存储约束可能不允许体积很大的可执行程序。

优点：

1. 提高了程序的运行速度。

2. 函数调用时，节省了变量压栈，弹栈的开销。

3. 避免一个函数执行完返回原来位置的开销。

二、宏

#define是C语言中提供的宏定义命令，目的是为程序员在编写程序时提供方便。

2.1 #define概念

#define是C语言中的一个宏定义命令，用来将一个标识符定义为一个字符串，该标识符被称为宏名，被定义的字符串称为替换文本。

该命令存在两种格式：简单的宏定义和带参数的宏定义。

（1）简单的宏定义

#define <宏名> <字符串>

例： #define PI 3.1415926

（2）带参数的宏定义

#define <宏名> (<参数表>) <宏体>

例： #define A(x) x

2.2 宏替换发生的时机

当我们在一个集成的开发环境如Turbo C中将编写好的源程序进行编译时，实际经过了预处理、编译、汇编和连接几个过程。其中预处理器产生编译器的输出，主要实现以下的功能：

（1）文件包含

可以把源程序中的#include 扩展为文件正文，即把包含的.h文件找到并展开到#include 所在处。

（2）条件编译

预处理器根据#if和#ifdef等编译命令及其后的条件，将源程序中的某部分包含进来或排除在外，通常把排除在外的语句转换成空行。

（3）宏展开

预处理器将源程序文件中出现的对宏的引用展开成相应的宏定义，即本文所说的#define的功能，由预处理器来完成。

经过预处理器处理的源程序与之前的源程序有所有不同，在这个阶段所进行的工作只是纯粹的替换与展开，没有任何计算功能，所以在学习#define命令时只要能真正理解这一点，这样才不会对此命令引起误解并误用。

三、内联函数和宏的区别

1. inline在编译阶段进行参数类型检查和安全检查。宏处理在预编译期间，不进行参数类型检查和安全检查。

2. inline是一种安全的宏。

3. 内联函数直接被潜入到目标代码中去。宏只是简单的文本替换。

4. 宏定义不是真正的函数，没有参数类型检查，不安全。