【C++基础】系列博客为参考《C++ Primer中文版（第5版）》（C++11标准）一书，自己所做的读书笔记。
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1.前言

本文我们介绍三种函数相关的语言特性，这些特性对大多数程序都有用，它们分别是：默认实参、内联函数和constexpr函数，以及在程序调试过程中常用的一些功能。

2.默认实参

调用含有默认实参的函数时，可以包含该实参，也可以省略该实参：

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typedef string::size_type sz;
string screen(sz ht = 24, sz wid = 80, char backgrnd = ' ');

⚠️一旦某个形参被赋予了默认值，它后面的所有形参都必须有默认值：

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//错误例子
int func1(int a = 2, int b, int c) {
    return a + b + c;
}
//正确例子
int func2(int a = 2, int b = 3, int c = 4) {
    return a + b + c;
}
//正确例子
int func3(int b, int c, int a = 2) {
    return a + b + c;
}

2.1.使用默认实参调用函数

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string window;
window = screen();//等价于screen(24,80,' ')
window = screen(66);//等价于screen(66,80,' ')
window = screen(66,256);//等价于screen(66,256,' ')
window = screen(66,256,'#');//等价于screen(66,256,'#')

函数调用时实参按其位置解析，默认实参负责填补函数调用缺少的尾部实参（靠右侧位置）。例如，要想覆盖backgrnd的默认值，必须为ht和wid提供实参：

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window = screen(,,'?');//错误：只能省略尾部的实参
window = screen('?');//调用screen('?',80,' ')

上述例子中，char类型的实参隐式地转换成string::size_type，然后作为height的值传递给函数。

2.2.默认实参声明

对于函数的声明来说，通常的习惯是将其放在头文件中，并且一个函数只声明一次，但是多次声明同一个函数也是合法的。不过有一点需要注意，在给定的作用域中一个形参只能被赋予一次默认实参。换句话说，函数的后续声明只能为之前那些没有默认值的形参添加默认实参，而且该形参右侧的所有形参必须都有默认值。假如给定：

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//表示高度和宽度的形参没有默认值
string screen(sz, sz, char = ' ');

我们不能修改一个已经存在的默认值：

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string screen(sz, sz, char = '*');//错误：重复声明

但是可以按照如下形式添加默认实参：

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string screen(sz = 24, sz = 80, char);//正确：添加默认实参

函数声明：函数声明。

2.3.默认实参初始值

⚠️局部变量不能作为默认实参。除此之外，只要表达式的类型能转换成形参所需的类型，该表达式就能作为默认实参：

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//wd,def和ht的声明必须出现在函数之外
sz wd = 80;
char def = ' ';
sz ht();
string screen(sz = ht(), sz = wd, char = def);
string window = screen();//调用screen(ht(), 80, ' ')

用作默认实参的名字在函数声明所在的作用域内解析，而这些名字的求值过程发生在函数调用时：

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void f2()
{
	def = '*';
	sz wd = 100;
	window = screen();//调用screen(ht(), 80, '*')
}

3.内联函数和constexpr函数

我们在之前的博客中定义过一个shorterString函数，这样的函数有一个潜在的缺点：调用函数一般比求等价表达式的值要慢一些。在大多数机器上，一次函数调用其实包含着一系列工作：调用前要先保存寄存器，并在返回时恢复；可能需要拷贝实参；程序转向一个新的位置继续执行。

3.1.内联函数可避免函数调用的开销

将函数指定为内联函数（inline），通常就是将它在每个调用点上“内联地”展开。假设我们把shorterString函数定义成内联函数，则如下调用：

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cout << shorterString(s1,s2) << endl;

将在编译过程中展开成类似于下面的形式：

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cout << (s1.size() < s2.size() ? s1 : s2) << endl;

从而消除了shorterString函数的运行时开销。

在shorterString函数的返回类型前面加上关键字inline，这样就可以将它声明成内联函数了：

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//内联版本：寻找两个string对象中较短的那个
inline const string& shorterString(const string &s1, const string &s2)
{
	return s1.size() <= s2.size() ? s1 : s2;
}

运行程序时，操作系统将这些指令载入计算机内存中，因此每条指令都有特定的内存地址。计算机随后将逐步执行这些指令。有时（如有循环和分支语句时），将跳过一些指令，向前或向后跳到特定地址。常规函数调用也使程序跳到另一个地址（函数的地址），并在函数结束时返回。

下面更详细地介绍这一过程的典型实现。执行到函数调用指令时，程序将在函数调用后立即存储该指令的内存地址，并将函数参数复制到堆栈（为此保留的内存块），跳到标记函数起点的内存单元，执行函数代码（也许还需将返回值放入寄存器中），然后跳回到地址被保存的指令处（这与阅读文章时停下来看脚注，并在阅读完脚注后返回到以前阅读的地方类似）。来回跳跃并记录跳跃位置意味着以前使用函数时，需要一定的开销。

内联函数提供了另一种选择。编译器将使用相应的函数代码替换函数调用。因此，内联函数的运行速度比常规函数稍快，但代价是需要占用更多内存。

3.2.constexpr函数

constexpr函数是指能用于常量表达式的函数。定义constexpr函数的方法与其他函数类似，不过要遵循几项约定：函数的返回类型及所有形参的类型都得是字面值类型，而且函数体中必须有且只有一条return语句：

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constexpr int new_sz() { return 42; }
constexpr int foo = new_sz();//正确：foo是一个常量表达式

执行该初始化任务时，编译器把对constexpr函数的调用替换成其结果值。为了能在编译过程中随时展开，constexpr函数被隐式地指定为内联函数。

constexpr函数体内也可以包含其他语句，只要这些语句在运行时不执行任何操作就行。例如，constexpr函数中可以有空语句、类型别名以及using声明。

我们允许constexpr函数的返回值并非一个常量：

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constexpr size_t scale(size_t cnt)
{
	return new_sz() * cnt;
}

当scale的实参是常量表达式时，它的返回值也是常量表达式；反之则不然：

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int arr[scale(2)];//正确：scale(2)是常量表达式
int i = 2;//i不是常量表达式
int a2[scale(i)];//错误：scale(i)的返回值不是常量表达式

在自己电脑上尝试发现不会报错：

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int arr[scale(i)];//被初始化成int [25227]，没有报错，可能是编译器做了优化
arr[0] = 1;//可以正常执行
int arr1[scale(2)];//被初始化成int [84]，正确，符合预期
arr1[0] = 1;//正常执行

4.调试帮助

C++程序员有时会用到一种类似于头文件保护的技术，以便有选择地执行调试代码。基本思想是，程序可以包含一些用于调试的代码，但是这些代码只在开发程序时使用。当应用程序编写完成准备发布时，要先屏蔽掉调试代码。这种方法用到两项预处理功能：assert和NDEBUG。

4.1.assert预处理宏

assert是一种预处理宏（preprocessor marco）。所谓预处理宏其实是一个预处理变量，它的行为有点类似于内联函数。assert宏使用一个表达式作为它的条件：

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assert(expr);

首先对expr求值，如果表达式为假（即0），assert输出信息并终止程序的执行。如果表达式为真（即非0），assert什么也不做。

assert宏定义在cassert头文件中。如我们所知，预处理名字由预处理器而非编译器管理，因此我们可以直接使用预处理名字而无须提供using声明。也就是说，我们应该使用assert而不是std::assert，也不需要为assert提供using声明。

4.2.NDEBUG预处理变量

assert的行为依赖于一个名为NDEBUG的预处理变量的状态。如果定义了NDEBUG，则assert什么也不做。默认状态下没有定义NDEBUG，此时assert将执行运行时检查。例如下面这段程序会报错：

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#include <cassert>
int main() {
    int a, b;
    a = 1;
    b = 2;
    assert(a > b);//此处报错
    return 0;
}

但如果我们在引入cassert头文件之前定义NDEBUG使assert失效就不会报错了：

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#define NDEBUG
#include <cassert>
int main() {
    int a, b;
    a = 1;
    b = 2;
    assert(a > b);//此处assert失效
    return 0;
}

定义NDEBUG能避免检查各种条件所需的运行时开销，当然此时根本就不会执行运行时检查。除了用于assert外，也可以使用NDEBUG编写自己的条件调试代码。如果NDEBUG未定义，将执行#ifndef和#endif之间的代码；如果定义了NDEBUG，这些代码将被忽略掉：

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void print(const int ia[], size_t size)
{
#ifndef NDEBUG
	//__func__是编译器定义的一个局部静态变量，用于存放函数的名字
	cerr << __func__ << " : array size is " << size << endl;
#endif
}

除了C++编译器定义的__func__之外，预处理器还定义了另外4个对于程序调试很有用的名字：

1. __FILE__：存放文件名的字符串字面值。
2. __LINE__：存放当前行号的整型字面值。
3. __TIME__：存放文件编译时间的字符串字面值。
4. __DATE__：存放文件编译日期的字符串字面值。

举个使用的例子：

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if(word.size() < threshold)
	cerr << "Error : " << __FILE__ << " : in function " << __func__ << " at line " << __LINE__ << endl << " Compiled on " << __DATE__ << " at " << __TIME__ << endl << " Word read was \"" << word << "\" : Length too short" <<endl;

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