自從七十年代C語言誕生以來，一直以其靈活性、高效率和可移植性為軟件開發(fā)人員所鐘愛，成為系統(tǒng)軟件開發(fā)的首選工具。而C++作為C語言的繼承和發(fā)展，不僅保留了C語言的高度靈活、高效率和易于理解等諸多優(yōu)點，還包含了幾乎所有面向?qū)ο蟮奶卣?，成為新一代軟件系統(tǒng)構(gòu)建的利器。
相對來說，C語言是一種簡潔的語言，所涉及的概念和元素比較少，主要是：宏(macro)、指針(pointer)、結(jié)構(gòu)(struct)、函數(shù)(function)和數(shù)組(array)，比較容易掌握和理解。而C++不僅包含了上面所提到的元素，還提供了私有成員(private members)、公有成員(public members)、函數(shù)重載(function overloading)、缺省參數(shù)(default parameters)、構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、對象的引用(references)、操作符重載(operator overloading)、友元(friends)、模板(templates)、異常處理(exceptions)等諸多的要素，給程序員提供了更大的設(shè)計空間，同時也增加了軟件設(shè)計的難度。
C語言之所以能被廣泛的應(yīng)用，其高效率是一個不可忽略的原因，C語言的效率能達(dá)到匯編語言的80%以上，對于一種高級語言來說，C語言的高效率就不言而喻了。那么，C++相對于C來說，其效率如何呢？實際上，C++的設(shè)計者stroustrup要求C++效率必須至少維持在與C相差5%以內(nèi)，所以，經(jīng)過精心設(shè)計和實現(xiàn)的C++同樣有很高的效率，但并非所有C++程序具有當(dāng)然的高效率，由于C++的特殊性，一些不好的設(shè)計和實現(xiàn)習(xí)慣依然會對系統(tǒng)的效率造成較大的影響。同時，也由于有一部分程序員對C++的一些底層實現(xiàn)機(jī)制不夠了解，就不能從原理上理解如何提高軟件系統(tǒng)的效率。
本文主要討論兩個方面的問題：第一，對比C++的函數(shù)調(diào)用和C函數(shù)調(diào)用，解析C++的函數(shù)調(diào)用機(jī)制；第二，例舉一些C++程序員不太注意的技術(shù)細(xì)節(jié)，解釋如何提高C++的效率。為方便起見，本文的討論以下面所描述的單一繼承為例(多重繼承有其特殊性，另作討論)。
class X { public: virtual ~X(); file://析構(gòu)函數(shù) virtual void VirtualFunc(); file://虛函數(shù) inline int InlineFunc() { return m_iMember}; file://內(nèi)聯(lián)函數(shù) void NormalFunc(); file://普通成員函數(shù) static void StaticFunc(); file://靜態(tài)函數(shù) private: int m_iMember; }; class XX: public X { public: XX(); virtual ~XX(); virtual void VirtualFunc(); private: String m_strName; int m_iMember2; };
C++的的函數(shù)分為四種：內(nèi)聯(lián)函數(shù)(inline member function)、靜態(tài)成員函數(shù)(static member function)、虛函數(shù)(virtual member function)和普通成員函數(shù)。
內(nèi)聯(lián)函數(shù)類似于C語言中的宏定義函數(shù)調(diào)用，C++編譯器將內(nèi)聯(lián)函數(shù)的函數(shù)體擴(kuò)展在函數(shù)調(diào)用的位置，使內(nèi)聯(lián)函數(shù)看起來象函數(shù)，卻不需要承受函數(shù)調(diào)用的開銷，對于一些函數(shù)體比較簡單的內(nèi)聯(lián)函數(shù)來說，可以大大提高內(nèi)聯(lián)函數(shù)的調(diào)用效率。但內(nèi)聯(lián)函數(shù)并非沒有代價，如果內(nèi)聯(lián)函數(shù)體比較大，內(nèi)聯(lián)函數(shù)的擴(kuò)展將大大增加目標(biāo)文件和可運行文件的大小；另外，inline關(guān)鍵字對編譯器只是一種提示，并非一個強(qiáng)制指令，也就是說，編譯器可能會忽略某些inline關(guān)鍵字，如果被忽略，內(nèi)聯(lián)函數(shù)將被當(dāng)作普通的函數(shù)調(diào)用，編譯器一般會忽略一些復(fù)雜的內(nèi)聯(lián)函數(shù)，如函數(shù)體中有復(fù)雜語句，包括循環(huán)語句、遞歸調(diào)用等。所以，內(nèi)聯(lián)函數(shù)的函數(shù)體定義要簡單，否則在效率上會得不償失。
靜態(tài)函數(shù)的調(diào)用，如下面的幾種方式：
X obj; X* ptr = &obj; obj.StaticFunc(); ptr->StaticFunc(); X::StaticFunc();
將被編譯器轉(zhuǎn)化為一般的C函數(shù)調(diào)用形式，如同這樣：
mangled_name_of_X_StaticFunc(); file://obj.StaticFunc(); mangled_name_of_X_StaticFunc(); // ptr->StaticFunc(); mangled_name_of_X_StaticFunc(); // X::StaticFunc();
mangled_name_of_X_StaticFunc()是指編譯器將X::StaticFunc()函數(shù)經(jīng)過變形(mangled)后的內(nèi)部名稱(C++編譯器保證每個函數(shù)將被mangled為獨一無二的名稱，不同的編譯器有不同的算法，C++標(biāo)準(zhǔn)并沒有規(guī)定統(tǒng)一的算法，所以mangled之后的名稱也可能不同)?？梢钥闯?，靜態(tài)函數(shù)的調(diào)用同普通的C函數(shù)調(diào)用有完全相同的效率，并沒有額外的開銷。
普通成員函數(shù)的調(diào)用，如下列方式：
X obj; X* ptr = &obj; obj.NormalFunc(); ptr->NormalFunc();
將被被編譯器轉(zhuǎn)化為如下的C函數(shù)調(diào)用形式，如同這樣。
相對來說，C語言是一種簡潔的語言，所涉及的概念和元素比較少，主要是：宏(macro)、指針(pointer)、結(jié)構(gòu)(struct)、函數(shù)(function)和數(shù)組(array)，比較容易掌握和理解。而C++不僅包含了上面所提到的元素，還提供了私有成員(private members)、公有成員(public members)、函數(shù)重載(function overloading)、缺省參數(shù)(default parameters)、構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、對象的引用(references)、操作符重載(operator overloading)、友元(friends)、模板(templates)、異常處理(exceptions)等諸多的要素，給程序員提供了更大的設(shè)計空間，同時也增加了軟件設(shè)計的難度。
C語言之所以能被廣泛的應(yīng)用，其高效率是一個不可忽略的原因，C語言的效率能達(dá)到匯編語言的80%以上，對于一種高級語言來說，C語言的高效率就不言而喻了。那么，C++相對于C來說，其效率如何呢？實際上，C++的設(shè)計者stroustrup要求C++效率必須至少維持在與C相差5%以內(nèi)，所以，經(jīng)過精心設(shè)計和實現(xiàn)的C++同樣有很高的效率，但并非所有C++程序具有當(dāng)然的高效率，由于C++的特殊性，一些不好的設(shè)計和實現(xiàn)習(xí)慣依然會對系統(tǒng)的效率造成較大的影響。同時，也由于有一部分程序員對C++的一些底層實現(xiàn)機(jī)制不夠了解，就不能從原理上理解如何提高軟件系統(tǒng)的效率。
本文主要討論兩個方面的問題：第一，對比C++的函數(shù)調(diào)用和C函數(shù)調(diào)用，解析C++的函數(shù)調(diào)用機(jī)制；第二，例舉一些C++程序員不太注意的技術(shù)細(xì)節(jié)，解釋如何提高C++的效率。為方便起見，本文的討論以下面所描述的單一繼承為例(多重繼承有其特殊性，另作討論)。
class X { public: virtual ~X(); file://析構(gòu)函數(shù) virtual void VirtualFunc(); file://虛函數(shù) inline int InlineFunc() { return m_iMember}; file://內(nèi)聯(lián)函數(shù) void NormalFunc(); file://普通成員函數(shù) static void StaticFunc(); file://靜態(tài)函數(shù) private: int m_iMember; }; class XX: public X { public: XX(); virtual ~XX(); virtual void VirtualFunc(); private: String m_strName; int m_iMember2; };
C++的的函數(shù)分為四種：內(nèi)聯(lián)函數(shù)(inline member function)、靜態(tài)成員函數(shù)(static member function)、虛函數(shù)(virtual member function)和普通成員函數(shù)。
內(nèi)聯(lián)函數(shù)類似于C語言中的宏定義函數(shù)調(diào)用，C++編譯器將內(nèi)聯(lián)函數(shù)的函數(shù)體擴(kuò)展在函數(shù)調(diào)用的位置，使內(nèi)聯(lián)函數(shù)看起來象函數(shù)，卻不需要承受函數(shù)調(diào)用的開銷，對于一些函數(shù)體比較簡單的內(nèi)聯(lián)函數(shù)來說，可以大大提高內(nèi)聯(lián)函數(shù)的調(diào)用效率。但內(nèi)聯(lián)函數(shù)并非沒有代價，如果內(nèi)聯(lián)函數(shù)體比較大，內(nèi)聯(lián)函數(shù)的擴(kuò)展將大大增加目標(biāo)文件和可運行文件的大小；另外，inline關(guān)鍵字對編譯器只是一種提示，并非一個強(qiáng)制指令，也就是說，編譯器可能會忽略某些inline關(guān)鍵字，如果被忽略，內(nèi)聯(lián)函數(shù)將被當(dāng)作普通的函數(shù)調(diào)用，編譯器一般會忽略一些復(fù)雜的內(nèi)聯(lián)函數(shù)，如函數(shù)體中有復(fù)雜語句，包括循環(huán)語句、遞歸調(diào)用等。所以，內(nèi)聯(lián)函數(shù)的函數(shù)體定義要簡單，否則在效率上會得不償失。
靜態(tài)函數(shù)的調(diào)用，如下面的幾種方式：
X obj; X* ptr = &obj; obj.StaticFunc(); ptr->StaticFunc(); X::StaticFunc();
將被編譯器轉(zhuǎn)化為一般的C函數(shù)調(diào)用形式，如同這樣：
mangled_name_of_X_StaticFunc(); file://obj.StaticFunc(); mangled_name_of_X_StaticFunc(); // ptr->StaticFunc(); mangled_name_of_X_StaticFunc(); // X::StaticFunc();
mangled_name_of_X_StaticFunc()是指編譯器將X::StaticFunc()函數(shù)經(jīng)過變形(mangled)后的內(nèi)部名稱(C++編譯器保證每個函數(shù)將被mangled為獨一無二的名稱，不同的編譯器有不同的算法，C++標(biāo)準(zhǔn)并沒有規(guī)定統(tǒng)一的算法，所以mangled之后的名稱也可能不同)?？梢钥闯?，靜態(tài)函數(shù)的調(diào)用同普通的C函數(shù)調(diào)用有完全相同的效率，并沒有額外的開銷。
普通成員函數(shù)的調(diào)用，如下列方式：
X obj; X* ptr = &obj; obj.NormalFunc(); ptr->NormalFunc();
將被被編譯器轉(zhuǎn)化為如下的C函數(shù)調(diào)用形式，如同這樣。