函数的效率

 

一、函数、宏、内联函数

1、  函数

调用函数的开销大致可分两个部分：传递参数的开销和保存当前程序上下文信息所花费的开销。对于传递参数的开销而言，传递的参数越多开销就越大；对于保存当前程序上下文所花费的开销而言，函数越复杂需要花费的开销就越大。

2、  宏

宏在某种程度上可以代替函数，避免函数调用带来的开销。定义完宏之后，在编译程序时，用替代字符串代替程序中的宏。

       对于宏而言，虽然避免了函数调用带来的开销，但是增加了内存的开销。因为在每个应用宏的地方宏都会展开。

       另外，宏易读性比较差，容易出现问题。例如：

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

void main()

{

    int a = 10;

    int b = 11;

    int c = 0;

    c = MAX(a++,b++);

    cout << c << endl;

    cin >> c;

}

我们会发现c的结果为12，因为宏展开之后变为：((a++) < (b++) ? (b++) : (a++))并不是我们预想中的结果。故一般来讲最好不使用宏。

3、  内联函数

内联函数是避免函数调用开销的另一种方法，与宏类似，在程序编译是用内联函数替换函数调用。但只能运用与C++中，C中无法使用。与宏相比拥有参数类型检查的优点。

在C++类中，对于设置和读取私有变量的函数设置为内敛函数，有助于提高函数的效率。

内敛函数的实现有两种方式，第一种是在函数定义时使用关键字inline,第二种方式时在函数定义时与函数体一起定义。

4、  递归与迭代

递归可以使程序显得短小精悍，然而由于函数的多层调用，会严重影响程序的运行效率和内存使用效率。幸运的是在某种情况下，我们可以使用迭代来代替递归，避免函数调用开销。

例子：

递归版计算n的阶乘

long Factorial(int n)

{

     if(n == 0)

     {

         return 1;

     }

     else

     {

         return Factorial(n-1);

     }

}

迭代版计算n的阶乘

long Factorial(int n)

{

     int fac = 1;

     while(n != 0)

     {

         fac *= n;

         n--;

     }

     return fac;

}

二、函数的参数传递

函数参数的多少直接影响到函数调用的开销，故编写函数时需要选择恰当的参数传递方式。我们可以用三种方式来传递函数：按值传递、按引用传递和通过全局变量传递。

按值传递参数时，需要把所需传递的参数全部复制到堆栈中，当函数访问该参数时相当于访问局部变量，为直接寻址；按引用传递参数时，复制到堆栈中的时指针所包含的地址，当函数访问该参数时相当于间接寻址，增加了访问参数的时间。通过全局变量传递数据，避免了函数调用的开销，拥有较高的效率，但会影响程序的可维护性，故非在非常明确的情况下，慎用全局变量。

当需要通过函数修改参数值时，通过引用传递参数或通过全局变量是不二的选择。

当无需通过函数修改参数值时，对于较小的参数（占用字节少）采用按值传递较之按引用传递较好，对于占用较多字节的参数（结构体、类等）时，采用按引用传递的方式有助于减少函数参数传递的开销。

三、类对象的高效初始化

1、  类对象初始化

构造一个对象类并设置其私有数据成员，通常有两种方法，第一种是首先通过无参构造函数创建类对象，再通过私有数据设置函数设置成员数据的值；第二种是通过带有参数的构造函数，同时创建类对象并设置私有数据成员的值。较第一种方法而言，第二种方式显然拥有更高的效率，因为，调用私有数据成员设置函数同样需要花费函数调用的开销。故当我们能够一次性完成创建与初始化时，最好采用第二种方案。

低效类对象初始化：

People peo;

peo.SetName("John");

peo.SetAge(23);

peo.SetSex("man");

高效类对象初始化：

People peo("John", 23, "man");

2、  基类初始化

当创建类对象时，若该类存在基类，则先调用基类的构造函数，在不采用基类初始化方式的情况下，系统调用基类的默认构造函数（无参构造函数）。此时若需设置基类的私有数据成员，必须调用基类的私有成员设置函数，从而增加函数调用的开销。故在能够同时提供基类私有数据成员的情况下，尽量采用基类初始化的方式初始化基类。

低效基类初始化：

Student::Student(string myName, int myAge, int mySex, int myGrade)

{

       SetName(myName);

       SetAge(myAge);

       SetSex(mySex);

       grade = myGrade;

}

高效基类初始化：

Student::Student(string myName, int myAge, int mySex, int myGrade):

People(myName, myAge, mySex, myGrade)

{

       this->grade = myGrade;

}