文章目录
- 一. 内联函数
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- 1.1 内联函数的定义
- 1.2 宏函数的缺陷与问题
- 1.3 内联函数的使用
- 1.4 内联函数的底层细节
- 1.5 内联函数的优缺点
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- 1.5.1 内联展开的问题
- 1.5.2 声明与定义分离
- 二. nullptr（c++11新增内容）
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- 2.1 为什么需要 nullptr ?
- 2.2 nullptr 是什么 ?
- 2.3 重载解析中的表现
一. 内联函数
1.1 内联函数的定义
用 inline 修饰的函数叫做内联函数，编译时 C++ 编译器会在调用的地方展开内联函数，这样调用内联函数就不需要建立栈帧了，就可以提高效率。 内联函数的出现在一定程度上取代了 C 语言的宏函数。
1.2 宏函数的缺陷与问题
宏函数（带参数的宏）本质上是预处理阶段的文本替换，而不是语言层面的函数。这一根本特性决定了它有一系列难以回避的缺陷。 1. 直接文本替换
宏函数编译采用直接文本替换，缺乏类型检查，类型不安全。
例如：
// 实现一个ADD宏函数的常见问题
//#define ADD(int a, int b) return a + b;
//#define ADD(a, b) a + b;
//#define ADD(a, b) (a + b)
// 正确的宏实现
#define ADD(a, b) ((a) + (b))
这里我们需要解答关于宏的一些问题
为什么宏函数不能加分号？ 为什么要有外括号？ 为什么要有内括号？
- 宏函数在使用时会进行宏替换，将宏名部分全部替换为宏体，如果宏体有分号，会被一块儿替换进去，产生编译错误。
#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b));
if (cond)
x = MAX(a,b);
else
x = 0;
//展开后：
/*if (cond)
x = ((a)>(b)?(a):(b));;
else
x = 0;
*/
- 外括号指的是把整个宏体包起来它的作用是：保证整个宏展开结果作为一个整体参与外部表达式，不被外部运算符拆开。
#define ADD(a,b) a+b
int r = 2 * ADD(1,2);
//展开后：
//int r = 2 * 1 + 2;
结果是 4，而不是期望的 6。因为 * 优先级高于 +，宏体被拆开了。
//加上外括号：
#define ADD(a,b) ((a)+(b))
int r = 2 * ADD(1,2);
//展开：
int r = 2 * ((1)+(2));
结果就是 6。所以外括号保护的是：宏整体与外部运算符之间的优先级关系。
- 内括号指的是把每个参数在宏体内部都包起来：#define MUL(a,b) ((a)*(b))，这里的 (a) 和 (b) 就是内括号。它的作用是：保证实参表达式作为一个整体参与宏体内部的运算。
#define MUL(a,b) (a*b)
int r = MUL(1+2, 3);
//展开：
int r = (1+2*3);
结果是 7，而不是期望的 9。因为 2*3 先算了
//加上内括号：
#define MUL(a,b) ((a)*(b))
int r = MUL(1+2, 3);
//展开：
int r = ((1+2)*(3));
加上内括号结果才是 9。 所以内括号保护的是：实参表达式与宏体内部运算符之间的优先级关系。
括号只能解决优先级和结合性问题，不能解决宏函数的根本缺陷：参数可能被多次求值，例如 MAX(i++, j)；没有类型检查；调试困难；命名污染；代码膨胀。
所以现代 C/C++ 中，能不用函数式宏就不用。优先考虑：C：static inline 函数；C++：inline 函数、constexpr 函数、模板、lambda。宏只保留给那些语言机制无法替代的场景，比如条件编译、字符串化、记号拼接等。
1.3 内联函数的使用
直接在一个函数前面加上 inline 关键字即可。
inline Add(int x,int y)
{
int a = b + c ;
return z ;
}
在 VS 编译器的 Debug 版本下默认不展开 inline，这样方便调试。若 Debug 版本想展开，需要设置以下两个地方。 在项目中右键单击项目，进入项目属性： 
C/C++ -> 调试信息格式 -> 程序数据库(/Zi)
C/C++ -> 优化 -> 内联函数扩展 -> 只适用于_inline(/Ob1)
这样编译器就可以将内联函数展开以提升运行效率了。
1.4 内联函数的底层细节
inline 对于编译器而言只是一个建议，也就是说，你加了 inline 编译器也可以选择在调用的地方不展开，不同编译器关于 inline 的展开各不相同，因为 C++ 标准没有规定这个。inline 适用于频繁调用的短小函数，对于递归函数、代码相对多一些的函数，加上 inline 也会被编译器忽略。
1.5 内联函数的优缺点
1.5.1 内联展开的问题
根据上文，我们知道，展开可以省去函数调用等一系列复杂操作。从而提升函数的运行效率。虽然展开同时会影响编译速度，但是“对函数运行效率的提升”对比“对函数编译速度的下降”的影响始终要大。
展开能提升效率，但展开不是绝对好。编译器并不会对 inline 言听计从。设想一个极端场景：某内联函数有 100 条语句，项目中有 10000 个调用点。若每条语句编译后平均 6 字节，全部展开将增加约 100 万条指令、约 6 MB 机器码，对安装包和指令缓存都是灾难。但现实中，编译器几乎不会内联这样的函数：成本模型会因函数体过大、调用点过多而拒绝。inline 只是提示，不是命令。真正能造成这种膨胀的，通常是 __forceinline、always_inline 等强制手段。合理使用下，只对短小热函数内联，缺点可以小到可忽略。编译器会帮助你合理使用内联，但前提是：你给它决策空间，而不是替它做决定。
1.5.2 声明与定义分离
内联函数不可以进行声明和定义分离。如果分离，内联函数的调用点将找不到内联函数本体
内联函数不能像普通函数那样进行跨翻译单元的声明与定义分离。普通函数只需在头文件中声明，定义可以放在某个 .cpp 中，由链接器解析符号；但内联函数需要在调用点展开函数体，编译器在编译每个翻译单元时都必须看到完整定义。C++ 标准也明确要求：内联函数在每个使用它的翻译单元中都必须有定义。因此，内联函数通常直接定义在头文件中，而不是只在头文件里放声明、在 .cpp 里放定义。若声明和定义写在同一个翻译单元内，语法上可以分开；但定义必须对使用它的翻译单元可见。类内定义的成员函数隐式内联，天然满足这一点。C 语言中则常用 static inline 把头文件内联函数定义为内部链接，以避免链接和 ODR 问题。
二. nullptr（c++11新增内容）
nullptr 是 C++11 引入的空指针常量，用来替代 C/C++ 中长期使用的 NULL 和字面量 0。它的目标很明确：让“空指针”在类型系统里有自己独立的身份，而不是伪装成整数。
2.1 为什么需要 nullptr ?
在 C++11 之前，表示空指针通常有两种方式：
int* p = NULL;
int* q = 0;
但 NULL 本质上是一个宏，在 C++ 中通常被定义为 0 或 0L。这意味着它首先是一个整数，只是恰好能隐式转换成指针。这会带来重载解析问题：
void f(int);
void f(void*);
f(NULL); // 可能调用 f(int)，也可能歧义，取决于 NULL 的定义
f(0); // 一定调用 f(int)
程序员想表达“空指针”，编译器却可能理解成“整数 0”。nullptr 解决了这个问题
f(nullptr); // 明确调用 f(void*)
2.2 nullptr 是什么 ?
nullptr 是一个关键字，类型是 std::nullptr_t，定义在 <cstddef> 中。
#include <cstddef>
std::nullptr_t n = nullptr;
它的关键特性：
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是空指针常量，不是整数；
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可以隐式转换为任意指针类型；
-
可以隐式转换为任意成员指针类型；
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可以转换为 bool，值为 false；
-
不能隐式转换为整数类型。
例如：
int* p = nullptr; // OK
double* q = nullptr; // OK
void (*fp)() = nullptr; // OK
int A::*mp = nullptr; // OK，成员指针
bool b = nullptr; // OK，b == false
int x = nullptr; // 错误：不能把 nullptr 当整数
2.3 重载解析中的表现
这是 nullptr 最直观的价值：
void f(int);
void f(void*);
f(0); // 调用 f(int)
f(NULL); // 可能调用 f(int)，也可能歧义
f(nullptr); // 调用 f(void*)
因为 nullptr 不能转成 int，但可以转成 void*，所以它天然偏向指针重载。
总结：nullptr 不是指针，而是空指针常量，类型为 std::nullptr_t。它可以隐式转换为任意指针和成员指针，转换为 bool 时为 false，但不能转换为整数。它的出现让空指针在重载解析、模板推导和类型安全上都有了明确语义，是 C++11 中替代 NULL 和 0 的标准做法。写现代 C++ 时，表示空指针，就用 nullptr。
内联函数与空指针，一个谈编译期的展开与取舍，一个谈运行时的空值边界。它们看似不相干，却都在提醒我们：C++ 的效率与安全，从来不是自动获得的，而是建立在对底层语义的理解之上。至此，这两个话题告一段落。
接下来，我们将走进类和对象。那是 C++ 封装、抽象与多态的起点，也是 this 指针、构造与析构、拷贝与移动等新问题的舞台。内联与空指针不会消失，它们会以成员函数、对象生命周期等新的形式再次出现。让我们继续。
