const變量和內聯函數教學方法的探討

摘 要：const變量和內聯函數是C++語言特有的語法，其功能和使用方法與C語言的宏定義有很多相似之處。本文簡述了const變量和內聯函數的功能與使用方法，通過與宏定義對比教學，引導學生在掌握了宏定義的基礎之上，更深刻地理解const變量和內聯函數的特點。

關鍵詞：const變量;內聯函數;宏定義;教學

一、引言

C++語言完全兼容C語言，具有C語言的全部功能。單純就程序語法的學習而言，如果已經學習了C語言，那么再學習C++會輕松一些，只需要重點學習C++新增的語法知識即可，例如類、對象和繼承等等。const變量和內聯函數也是C++新增的語法，其功能和使用方法與C語言的宏定義有很多相似之處，但是又有宏定義所不具備的優點。在C++語言授課中有意識地與C語言的宏定義對照學習，通過引導學生進行對比分析，體會C++語法的優點，從而有效掌握新增知識點。

二、const變量

變量是程序運行期間，其值可以改變的量。變量有名字，實際代表內存中某一段存儲空間，其中可以存放數據即變量的值，存儲空間的大小由變量的數據類型決定。在C++程序中，所有的變量在使用之前都必須要定義。變量的定義主要是指出變量的名稱，確定變量的類型，并讓系統為其分配相應的內存空間。變量定義語句的一般形式為：

類型 變量名1，變量名2，……;

const變量又稱為只讀變量，其定義形式與普通變量極為相似，只不過是在數據類型的前面加上const而已。例如：

const float PI=3.14;

const變量必須在定義的時候立刻初始化，而且在程序執行期間，其值不能夠被修改。在本例中PI用來存放圓周率π的值，它的值固定為3.14。C++語言的const變量其用法與C語言的符號常量，頗有相似之處。所謂符號常量，就是用標識符表示的常量。C語言允許用宏定義的方式描述符號常量，例如：

#define PI 3.14

宏定義是指用#define開頭的預處理命令，有無參數和有參數兩種形式。它的作用是用一個標識符來代表一個字符串，標識符稱為宏名，字符串稱為宏體。在編譯預處理時，把程序中該宏定義之后的所有宏名都用宏體替換，這稱為宏替換。在本例中PI稱為宏名，3.14稱為宏體。在程序中出現標識符PI，即表示常量3.14。

表面上看const變量的實際效果似乎等同于符號常量，所以往往有學生會提問，既然用宏定義的方式就可以描述符號常量，為什么C++語言還要引入const變量呢？這時就需要給學生解釋強類型語言的概念。宏定義只是在程序編譯之前做簡單的字符替換，即用3.14替代PI，并不進行數據類型的檢查，這樣有可能會出現一些編譯階段所無法發現的錯誤;而const變量除了其值不能被修改之外，其它方面完全與變量一樣。C++作為一種強類型語言，在操作之前，編譯器會對const變量進行類型合法性檢查，從而有可能在編譯階段就發現一些錯誤。這樣做既降低了程序調試的難度，又提高了程序的可靠性。就此可以乘勢建議學生在C++程序中，盡量用const變量，少用宏定義描述的符號常量。

三、內聯函數

函數是C程序實現模塊化結構的主要手段，也是C++程序描述對象行為的主要方法。函數可以提高程序代碼的可讀性和重用性，便于調試和維護。但是函數調用也增加了額外的系統開銷，例如在程序執行轉移時，為函數的變量分配內存的存儲空間，保存主調函數的執行點（現場）以及一些參數和寄存器的值等。C++語言允許程序員將那些代碼較短、調用頻繁的函數定義為內聯函數，以提高程序運行的效率。內聯函數的作用是，在調用它時并不發生通常的程序執行轉移，而是把函數體的語句插入到函數調用處。inline是C++語言的關鍵字，用來定義內聯函數。例如定義一個函數area，其功能是計算正方形的面積。代碼如下：

inline float area（float x）

{

return x*x;

}

從編寫程序的角度來看，內聯函數的定義和調用與普通函數的定義和調用幾乎沒有什么差別，只不過內聯函數在定義時多了一個inline關鍵字而已。程序運行時內聯函數并沒有發生真正的函數調用，而是類似于粘貼動作一樣，自動把函數體插入到每一個函數調用的位置。因此內聯函數是以犧牲程序的空間為代價，來換取程序運行的時間。如果學生已經學習過C語言的帶參數的宏定義，一定會發現它與內聯函數非常相似。表面上看都具有函數的形式，有形參，使用時也是插入到調用之處等等。例如：

#define area（x） x*x

定義了一個帶參數的宏定義，在程序中如果出現area（3.2），將被自動替換為3.2*3.2。通過內聯函數與帶參數的宏定義的對比學習，學生可能會問，既然帶參數的宏定義與內聯函數如此相似，為什么C++語言還要提供內聯函數這種機制呢？這就需要教師進行深入分析，內聯函數雖然執行機制與帶參數的宏定義很相似，但它畢竟是C++的函數，調用時C++編譯器會對它進行類型檢查和參數檢查，計算實參的值，并依次賦給形參。而帶參數的宏定義在使用時，只是作簡單的替換工作，即用宏體替代宏名。這種方式是不進行任何檢查的，因而會帶來一些隱患。

例如在程序中出現area（1+2），我們預期的結果顯然是9。但是替換之后變為1+2*1+2，結果卻是5。可能有的學生已經看出來了，只要帶參數的宏定義的形參帶上括號，就能夠避免類似的問題，即寫為：#define area（x） （x）*（x）。此時教師可以接著提問，難道這樣做了之后，就可以高枕無憂了嗎？如果在程序中出現8/area（2），我們預期的結果顯然是2。但是替換之后變為8/（2）*（2），結果卻是8。進一步啟發學生，即可得出結論，實際上要想做到萬無一失，只能寫成以下形式：#define area（x） （（x）*（x））。因此相比較而言，內聯函數沒有帶參數的宏定義所可能有的副作用，是一種執行效率較高，也較為安全的語法。通過案例對比分析，學生就會較為容易地接受內聯函數，并樂于在C++程序中采用。

四、結語

相對類、對象和繼承而言，const變量和內聯函數并不是C++語言的核心語法。但是通過與C語言的宏定義對比教學中，還是可以讓學生深刻理解const變量和內聯函數的特點，并逐漸體會C++語言的優點，在程序中熟練運用。

參考文獻：

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