内联函数 静态函数（两篇）

Effective C++ 条款33: 明智地使用内联

要牢记在心的一条是，inline指令就象register，它只是对编译器的一种提示，而不是命令。也就是说，只要编译器愿意，它就可以随意地忽略掉你的指令，事实上编译器常常会这么做。例如，大多数编译器拒绝内联"复杂"的函数（例如，包含循环和递归的函数）；还有，即使是最简单的虚函数调用，编译器的内联处理程序对它也爱莫能助。（这一点也不奇怪。virtual的意思是"等到运行时再决定调用哪个函数"，inline的意思是"在编译期间将调用之处用被调函数来代替"，如果编译器甚至还不知道哪个函数将被调用，当然就不能责怪它拒绝生成内联调用了）。以上可以归结为：一个给定的内联函数是否真的被内联取决于所用的编译器的具体实现。幸运的是，大多数编译器都可以设置诊断级，当声明为内联的函数实际上没有被内联时，编译器就会为你发出警告信息（参见条款48）。

假设写了某个函数f并声明为inline，如果出于什么原因，编译器决定不对它内联，那将会发生些什么呢？最明显的一个回答是将f作为一个非内联函数来处理：为f生成代码时就象它是一个普通的"外联"函数一样， 对f的调用也象对普通函数调用那样进行。

理论上来说确实应该这样发生，但理论和现实往往会偏离，现在就属于这种情况。因为，这个方案对解决"被外联的内联"（outlined inline）这一问题确实非常理想，但它加入到C++标准中的时间相对较晚。较早的C++规范（比如ARM------参见条款50）告诉编译器制造商去实现的是另外不同的行为，而且这一旧的行为在现在的编译器中还很普遍，所以必须理解它是怎么一回事。

稍微想一想你就可以记起，内联函数的定义实际上都是放在头文件中。这使得多个要编译的单元（源文件）可以包含同一个头文件，共享头文件内定义的内联函数所带来的益处。下面给出了一个例子，例子中的源文件名以常规的".cpp"结尾，这应该是C++世界最普遍的命名习惯了：


// 文件example.h
inline void f() { ... }          // f的定义

...


// 文件source1.cpp
#include "example.h"             // 包含f的定义

...                              // 包含对f的调用


// 文件source2.cpp
#include "example.h"             // 也包含f的定义
   
...                              // 也调用f

假设现在采用旧的"被外联的内联"规则，而且假设f没有被内联，那么，当source1.cpp被编译时，生成的目标文件中将包含一个称为f的函数，就象f没有被声明为inline一样。同样地，当source2.cpp被编译时，产生的目标文件也将包含一个称为f的函数。当想把两个目标文件链接在一起时，编译器会因为程序中有两个f的定义而报错。

为了防止这一问题，旧规则规定，对于未被内联的内联函数，编译器把它当成被声明为static那样处理，即，使它局限于当前被编译的文件。具体到刚才看到的例子中，遵循旧规则的编译器处理source1.cpp中的f时，就象f在source1.cpp中是静态的一样；处理source2.cpp中的f时，也把它当成在source2.cpp中是静态的一样。这一策略消除了链接时的错误，但带来了开销：每个包含f的定义（以及调用f）的被编译单元都包含自己的f的静态拷贝。如果f自身定义了局部静态变量，那么，每个f的拷贝都有此局部变量的一份拷贝，这必然会让程序员大吃一惊，因为一般来说，函数中的"static"意味着"只有一份拷贝"。

具体实现起来也会令人吃惊。无论新规则还是旧规则，如果内联函数没被内联，每个调用内联函数的地方还是得承担函数调用的开销；如果是旧规则，还得忍受代码体积的增加，因为每个包含（或调用） f的被编译单元都有一份f的代码及其静态变量的拷贝！（更糟糕的是，每个f的拷贝以及每个f的静态变量的拷贝往往处于不同的虚拟内存页面，所以两个对f的不同拷贝进行调用有可能导致多个页面错误。）

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静态函数

对于静态函数，一直觉得没有抓住核心。

下面一段描述还比较精辟：

       C语言程序可以看成由一系列外部对象构成，这些外部对象可能是变量或函数。而内部变量是指定义在函数内部的函数参数及变量。外部变量定义在函数之外，因此可以在许多函数中使用。由于C语言不允许在一个函数中定义其它函数，因此函数本身只能是“外部的”。
       由于C语言代码是以文件为单位来组织的，在一个源程序所有源文件中，一个外部变量或函数只能在某个文件中定义一次，而其它文件可以通过extern声明来访问它（定义外部变量或函数的源文件中也可以包含对该外部变量的extern声明）。
       而static则可以限定变量或函数为静态存储。如果用static限定外部变量与函数，则可以将该对象的作用域限定为被编译源文件的剩余部分。通过static限定外部对象，可以达到隐藏外部对象的目的。因而，static限定的变量或函数不会和同一程序中其它文件中同名的相冲突。如果用static限定内部变量，则该变量从程序一开始就拥有内存，不会随其所在函数的调用和退出而分配和消失。

         C语言中使用静态函数的好处：

1.        静态函数会被自动分配在一个一直使用的存储区，直到退出应用程序实例，避免了调用函数时压栈出栈，速度快很多。
2.        关键字“static”，译成中文就是“静态的”，所以内部函数又称静态函数。但此处“static”的含义不是指存储方式，而是指对函数的作用域仅局限于本文件。 使用内部函数的好处是：不同的人编写不同的函数时，不用担心自己定义的函数，是否会与其它文件中的函数同名，因为同名也没有关系。

c语言中static的语义
1.static变量:
1).局部
a.静态局部变量在函数内定义,生存期为整个源程序，但作用域与自动变量相同，只能在定义该变量的函数内使用。退出该函数后， 尽管该变量还继续存在，但不能使用它。
b.对基本类型的静态局部变量若在说明时未赋以初值，则系统自动赋予0值。而对自动变量不赋初值，则其值是不定的。
2).全局
全局变量本身就是静态存储方式(所谓的静态存储，指的就是存储在一个一直使用的存储区？）， 静态全局变量当然也是静态存储方式。但是他们的作用域，非静态全局 变量的作用域是整个源程序（多个源文件可以共同使用）； 而静态全局变量则限制了其作用域， 即只在定义该变量的源文件内有效， 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。
2.static函数（也叫内部函数）
只能被本文件中的函数调用，而不能被同一程序其它文件中的函数调用。区别于一般的非静态函数（外部函数） 
     static在c里面可以用来修饰变量，也可以用来修饰函数。
         先看用来修饰变量的时候。变量在c里面可分为存在全局数据区、栈和堆里。其实我们平时所说的堆栈是栈而不包含对，不要弄混。
        int a ;
        main()
        {
             int b ; 
             int c* = (int *)malloc(sizeof(int));
        }
        a是全局变量，b是栈变量，c是堆变量。
        static对全局变量的修饰，可以认为是限制了只能是本文件引用此变量。有的程序是由好多.c文件构成。彼此可以互相引用变量，但加入static修饰之后，只能被本文件中函数引用此变量。
        static对栈变量的修饰，可以认为栈变量的生命周期延长到程序执行结束时。一般来说，栈变量的生命周期由OS管理，在退栈的过程中，栈变量的生命也就结束了。但加入static修饰之后，变量已经不在存储在栈中，而是和全局变量一起存储。同时，离开定义它的函数后不能使用，但如再次调用定义它的函数时，它又可继续使用， 而且保存了前次被调用后留下的值。
       static对函数的修饰与对全局变量的修饰相似，只能被本文件中的函数调用，而不能被同一程序其它文件中的函数调用。 
      static 声明的变量在C语言中有两方面的特征：
　　1)、变量会被放在程序的全局存储区中，这样可以在下一次调用的时候还可以保持原来的赋值。这一点是它与堆栈变量和堆变量的区别。 
　　2)、变量用static告知编译器，自己仅仅在变量的作用范围内可见。这一点是它与全局变量的区别。

　　问题：Static的理解

　　关于static变量，请选择下面所有说法正确的内容：

　　A、若全局变量仅在单个C文件中访问，则可以将这个变量修改为静态全局变量，以降低模块间的耦合度；

　　B、若全局变量仅由单个函数访问，则可以将这个变量改为该函数的静态局部变量，以降低模块间的耦合度；

　　C、设计和使用访问动态全局变量、静态全局变量、静态局部变量的函数时，需要考虑重入问题；

　　D、静态全局变量过大，可那会导致堆栈溢出。

　　答案与分析：

　　对于A，B：根据本篇概述部分的说明b)，我们知道，A,B都是正确的。

　　对于C：根据本篇概述部分的说明a)，我们知道，C是正确的（所谓的函数重入问题，下面会详细阐述）。

　　对于D：静态变量放在程序的全局数据区，而不是在堆栈中分配，所以不可能导致堆栈溢出，D是错误的。

　　因此，答案是A、B、C。

　　问题：不可重入函数

　　曾经设计过如下一个函数，在代码检视的时候被提醒有bug，因为这个函数是不可重入的，为什么？

unsigned int sum_int( unsigned int base )
{
　unsigned int index;
　static unsigned int sum = 0; // 注意，是static类型的。 
　for (index = 1; index <= base; index++)
　{
　　sum += index;
　}
　return sum;
}

　　答案与分析：

　　所谓的函数是可重入的（也可以说是可预测的），即：只要输入数据相同就应产生相同的输出。
　　这个函数之所以是不可预测的，就是因为函数中使用了static变量，因为static变量的特征，这样的函数被称为：带“内部存储器”功能的的函数。因此如果我们需要一个可重入的函数，那么，我们一定要避免函数中使用static变量，这种函数中的static变量，使用原则是，能不用尽量不用。
　　将上面的函数修改为可重入的函数很简单，只要将声明sum变量中的static关键字去掉，变量sum即变为一个auto 类型的变量，函数即变为一个可重入的函数。
　　当然，有些时候，在函数中是必须要使用static变量的，比如当某函数的返回值为指针类型时，则必须是static的局部变量的地址作为返回值，若为auto类型，则返回为错指针。