(欧) 第6章 预处理、const与sizeof

1、分析下列程序：

#include<iostream>
#define SUB(x,y) x-y
#define ACCESS_BEFORE(element,offset,value)  *SUB(&element,offset)=value
using namespace std;
int main() {
	int i;int array[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	ACCESS_BEFORE(array[5],4,6);
	cout<<endl;
	for(i=0;i<10;++i) {printf("%d",array[i]);
	}
	return 0; 
}

书上的标准答案： 程序可以正确编译，但是运行时会崩溃。

分析：宏的那句被预处理替换成了： *&array[5]-4=6;

由于减号比赋值优先级高，因此先处理减号；由于减号返回一个数而不是合法的值，所以编译出错。

#include<iostream>
#define SUB(x,y) (x-y)
#define ACCESS_BEFORE(element,offset,value)  *SUB(&element,offset)=value
using namespace std;
int main() {
	int i;int array[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	ACCESS_BEFORE(array[5],4,6);
	cout<<endl;
	for(i=0;i<10;++i) {printf("%d",array[i]);
	}
	return 0; 
}

若是将x-y改成(x-y)，那么最终的程序输出结果是：16345678910.

2 用预处理指令#define声明一个常数，用以表明1年中有多少秒？

#define SECONDS_PER_YEAR (60*60*24*365)UL

注意：预处理器可以计算常数表达式的值，写出一年有多少秒而不是计算出的实际的值，更有意义。  另外这个表达式将使将使一个16位机的整形数溢出，因此要用到长整形符号L，告诉这个编译器这个常数是长整形数。

3 分析const

(1)const int *a=&b;//const位于星号左侧，则const是用来修饰指针所指向的变量，即指针指向为常量。对于此种情况，可以先不进行初始化。虽然指针内容是常量，但指针本身不是常量。

(2)int const *a=&b;//与(1)的情况相同，都是指针所指向的内容为常量(与const放在声明符中的位置无关)，这种情况下不允许对内容进行更改操作。

(3)int * const a=&b;//const位于星号右侧，const就是修饰指针本身，即指针本身是常量。这种情况下不能对指针本身进行更改操作，而指针所指向的内容不是常量。定义时必须同时初始化。

(4) const int *const a=&b;//指针本身和指向的内容均为常量。

const成员函数：

定义的类的成员函数中，常常有一些成员函数不改变类的数据成员，也就是说，这些函数是”只读“函数，而有一些函数要修改类数据成员的值。如果把不改变数据成员的函数加上const关键字进行标识，可以提高程序的可读性。其实，还能提高程序的可靠性，已定义成const的成员函数，一旦企图修改数据成员的值，则编译器按错误处理。

注意：关键字const必须用同样的方式重复出现在函数实现里，否则编译器会把它看成一个不同的函数。

4 const 与#define比较

分析： C++语言可以用const定义常量，也可以用#define定义常量，但是前者比后者有更多优点：

(1)const常量由数据类型，宏常量没有数据类型。编译器可以对前者进行类型安全检查，而对后者只进行字符替换，没有类型检查，并且在字符替换中可能产生错误。(边际效应)

(2)有些集成化的调试工具可以对const常量进行调试，但是不能对宏常量进行调试。在C++程序中只使用const常量而不使用宏常量，即const常量完全取代宏常量。

补充：

const，一个不能被改变的普通常量，在C中，它总是占用内存，而且它的名字是全局符。C编译器不能把const看成一个编译期间的常量。在C中，如果写：

const bufsize=100;

char buf[bufsize];

尽管看起来好像做了一件合理的事，但这将得到一个错误结果。因为bufsize占用内存的某个地方，所以C编译器不知道它在编译时的值。在C语言中可以这样写：

const bufsize;

这样写在C++中是不对的，而C编译器则把它作为一个声明，这个声明指明在别的地方有内存分配。因为C默认const是外部连接的，而C++默认const是内部连接的。这样，如果在C++中想完成与C同样的事情，必须用extern把内部连接改成外部链接。

extern const bufsize;//declaration only

这种语言也可以用在C语言中。在C语言中const使用限定符const不是很有用。C迫使程序员在预处理器里使用#define。

5 有类如下：

class A_class {
void f() const
{
//...
}
}

在这种情况下没人管要修改类的成员变量，应该怎么办？

分析：在C++程序在，类里面的数据成员加上mutable后，修饰为const的成员变量，就可以修改了。

6 关于sizeof的一些注意点

char q2[]="a\n"; 
struct {
	short a1;
	short a2;
	short a3
}A;

struct {
	long a1;
	short a2;
}B;

cout<<sizeof(q2)<<endl;//3
cout<<sizeof(A)<<" "<<sizeof(B)<<endl;//6,8

CPU优化原则：对于n字节的元素，它的首地址能被n整除，才能获得最好性能。设计编译器的时候可以遵循这个原则：对于每一个变量，可以从当前位置向后找到第一个满足这个条件的地址作为首地址。但是结构体一般面临数组分配问题。

补充：数据对齐，是指数据所在的内存地址必须是该数据长度的整数倍。DWORD数据的内存起始地址能被4除尽，WORD数据的内存起始地址能被2除尽。X86CPU能直接访问对齐的数据，当它试图访问一个未对齐的数据时，会在内部进行一系列的调整。这些调整对于程序来说是透明的，但是会降低运行速度，所以编译器在编译程序时会尽量保证数据对齐。

7 分析下列程序

#include<iostream>
using namespace std;
class A1{
	public:
		int a;
		static int b;
		A1();
		~A1();
};

class A2{
	public:
		int a;
		char c;
		A2();
		~A2();
};

class A3{
	public:
	float a;
	char c;
	A3();
	~A3(); 
}; 

class A4{
	public:
		float a;
		int b;
		char c;
		A4();
		~A4();
};

class A5{
	public:
	 double d;
	 float a;
	 int b;
	 char c;
	 A5();
	 ~A5(); 
}; 

int main() {
	cout<<sizeof(A1)<<endl;
	cout<<sizeof(A2)<<endl;
	cout<<sizeof(A3)<<endl;
	cout<<sizeof(A4)<<endl;
	cout<<sizeof(A5)<<endl;
	return 0;
}

输出结果：4,8,8,12,24.

因为静态变量是存放在全局数据区的，而sizeof计算栈中分配的大小，是不会计算在内的，所以sizeof(A1)是4.

8 strlen与sizeof之间的区别

(1)char* ss="0123456789";

sizeof(ss)=4,ss是指向字符串常量的字符指针。sizeof(*ss)=1，*ss是第一个字符。

(2) char ss[]="0123456789"

sizeof(ss)=11,ss是数组，计算到”\0“的位置，因此是10+1。sizeof(*ss)=1,*ss是第一个字符。

(3)char  ss[100]="0123456789";

sizeof(ss)=100,ss表示在内存中预分配的大小，100*1。  strlen(ss)=10,它的内部实现是用一个循环计算字符串的长度，直到”\0“为止。

(4) int ss[100]="0123456789";

sizeof(ss)=400,ss表示在内存中的大小，100*4。 strlen(ss)错误，strlen的参数只能是char*，且必须是以”\0“结尾。

(5) class X {

int i; int j;char k;

};

X x;

sizeof(X)<<" "<<sizeof(x)<<endl;//结果都是12.

分析：

（1）sizeof操作符的结果类型是size_t，它的头文件中的typedef为unsigned int类型。该类型保证能容纳实现所建立的最大对象的字节大小。

（2）sizeof是运算符，strlen是函数。

（3）sizeof可以用类型和函数作参数，strlen只能用char *做参数，且必须以\0结尾。

（4）数组做sizeof的参数不退化，传递给strlen就退化为指针。

（5）大部分程序在编译时就把sizeof计算过，是类型或是变量的长度。这就是sizeof(x)可以用来定义数组维数的原因。

（6）strlen的结果要在运行的时候才能计算出来，用来计算字符串的长度，而不是类型占内存的大小。

（7）sizeof后如果是类型必须加括号，如果是变量名可以不加括号。这是因为sizeof是运算符而不是个函数。

（8）当使用一个结构类型或变量时，sizeof返回实际的大小。当使用一静态空间数组时，sizeof返回全部数组的尺寸。sizeof不能返回被动态分配的数组或外部的数组尺寸。

（9）数组作为参数传递给函数时传递的是指针而不是数组，传递是的数组的首地址。在C++里传递数组永远都是传递指向数组的首元素的指针，编译器不知道数组的大小。

（10）计算结果变量的大小必须塔伦数据对齐问题。

（11）sizeof操作符不能用于函数类型、不完全类型或位字段。

9 sizeof的使用场合

（1）一个主要用途是与存储分配和I/O系统那样的例程进行通信。

void *malloc(size_t size)
size_t fread(void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *stream)

（2）用它可以看看某种类型的对象在内存中所占的单元字节。

（3）在动态分配一对象时，可以让系统知道要分配多少自己。

（4）便于一些类型扩充。

（5）由于操作数的字节数在实现时可能出现变化，建议在设计操作数字节大小时用sizeof代替常量计算。

（6）如果操作数是函数中的数组形参或函数类型的形参，sizeof给出其指针的大小。

10 int **a[3][4]; 这个数组占据4*3*4=48个字节。

11 注意

（1）unsigned 影响的只是最高位bit的意义（正/负），数据长度是不会被改变的，所以 sizeof(unsigned int)==sizeof(int)

（2）自定义类型的sizeof取值等同于它的类型原型。如: typedef short  WORD;sizeof(short) == sizeof(WORD)

（3）对函数使用sizeof，在编译阶段会被函数返回值的类型取代。如：int f1() {return 0;}

cout<<sizeof(f1())<<endl;//f1()返回值为int，因此被认为是int

（4）只要是指针，大小就是4. cout<<sizeof(string *)<<endl;//4

（5）数组的大小是各维数的乘积*数组元素的大小。

12 分析下列程序：

#include<iostream>
using namespace std;
class Base{
	public:
		Base() {
			cout<<"Base-ctor"<<endl;
		}
		~Base() {
			cout<<"Base-dtor"<<endl;
		}
		virtual void f(int) {
			cout<<"Base::f(int)"<<endl;
		}
		virtual void f(double) {
			cout<<"Base::f(double)"<<endl;
		}
		virtual void g(int i=10) {
			cout<<"Base::g()"<<i<<endl;
		}
		void g2(int i=10) {
			cout<<"Base::g2()"<<i<<endl;
		}
};

class Derived: public Base{
	public:
		Derived() {
			cout<<"Derived-ctor"<<endl;
		}
		~Derived() {
			cout<<"Derived-dtor"<<endl;
		}
		void f(double j) {
			cout<<"Derived::f(double)"<<endl;
		}
		virtual void g(int i=20) {
			cout<<"Derived::g()"<<i<<endl;
		}
};

int main() {
	Base b;
	Derived d;
	Base *pb=new Derived;
	cout<<sizeof(Base)<<"tt"<<endl;
	
	cout<<sizeof(Derived)<<"bb"<<endl; 
	return 0;
}

求Base类的大小，因为Base只有一个指针，所以类Base大小是8.Derive大小与Base一样，是8.

13  下列程序输出结果是4. 因为var[]等价于*var，已经退化成指针，所以大小是4.

char var[10];
int test(char var[])
{
return sizeof(var);
}

14 空类所占空间是1，单一继承的空类空间也是1，多重继承的空类空间还是1.但是虚继承涉及到虚表（虚指针），所以是4.

15 内联函数和宏定义

答案：内联函数和普通函数相比可以加快程序运行的速度，因为不需要中断调用，在编译的时候内联函数可以直接被镶嵌在目标代码中。而宏只是一个简单的替换。

内联函数要做参数类型检查，这是内联函数跟宏相比优势。

inline是指嵌入代码，就是在调用函数的地方不是跳转，而是把代码直接写到那里。对于短小的代码来说inline增加空间消耗换来的是效率提高，这方面是和宏一样，但是inline在和宏相比没有付出任何额外代价的情况下更安全。

inline一般只适用如下情况：

(1)一个函数不断被重复调用

(2)函数只有简单几行，且函数内不包含for、while、switch语句。

一般，写小程序没有必要定义成inline，但是如果要完成一个工程项目，当一个简单函数被调用多次时，则应该考虑用inline。

宏在C语言极其重要，而在C++里面用的就少很多。关于宏的第一规则是绝不应该去使用它，除非你不得不这样做。几乎每个宏都表明程序设计语言里、程序里或者程序员的一个缺陷，因为它将在编译器看到程序的正文之前重新摆布这些正文。

宏在代码处不加以任何验证的简单替换，而内联函数是将代码直接插入调用处，而减少普通函数调用时的资源消耗。

宏不是函数，只是在编译前（编译预处理阶段）将程序中有关字符串替换成宏体。

关键字inline必须与函数定义体放在一起才能使函数成为内联，仅将inline放在函数声明前不起任何作用。如下风格的FOO不能成为内联函数：

inline void FOO(int x,int y);//inline仅与函数声明放在一起
void FOO(int x,int y)

而如下风格的函数Foo则成为内联函数：

void FOO(int x,int y)
inline void FOO(int x,int y);//inline与函数体放在一起

所以inline是一种”用于实现的关键字“，而不是一种”用于声明的关键字“。

为什么不把所以函数都定义车内联函数？

内联是以代码膨胀（复制）为代价，仅仅省去了函数调用的开销，从而提高函数的执行效率。如果执行函数体代码的时间，相比于函数调用的开销较大，那么效率的收获会很少。另一方面，每一处内联函数的调用都要复制代码，将使程序的总代码量增大，消耗更多的内存空间。

以下情况不适合使用内联：

1.函数体内的代码比较长，使用内联将导致内存消耗代价较高。

2.如果函数体内出现循环，那么执行函数体内代码的时间要比函数调用的开销大。

类的构造函数和析构函数容易让人误解使用内联更有效。要当心构造函数和析构函数可能会隐藏一些行为，如”偷偷“执行了基类或成员对象的构造函数和析构函数。所以不要将构造函数和析构函数的定义体放在类声明中。一个好的编译器将会根据函数的定义体，自动取消不值得的内联。

《程序员面试宝典》 欧立奇 P46~P64