C++チュートリアルの機能(2)

インライン関数

C++ では、inline キーワードを使用してインライン関数を定義できます。インライン関数は、コンパイル時にそれを呼び出すコードに直接埋め込まれる特別な関数です。これにより、関数呼び出しのオーバーヘッドが回避され、プログラムの実行効率が向上します。通常、インライン関数の定義は比較的短く、埋め込まれたコードによってプログラムのサイズが増大し、その結果プログラムのパフォーマンスが低下します。さらに、インライン関数の使用は万能薬ではなく、一部の単純な関数にのみ適しており、複雑な関数の場合は通常の関数を使用する必要があります。

使い方と定義

C++ では、inline キーワードを使用してインライン関数を定義できます。インライン関数の定義は通常、複数のソースファイルで使用できるようにヘッダーファイルに配置されます。単純なインライン関数の例を次に示します。

inline int max(int a, int b) {
    return a > b ? a : b;
}

上記の例では、max 関数は、その定義の前に inline キーワードが付いているインライン関数です。プログラム内で max 関数を呼び出すと、コンパイラはその関数を呼び出すコードに直接埋め込み、関数呼び出しのオーバーヘッドを回避します。

アドバンテージ

プログラムの実行効率を向上させます。インライン関数はコンパイル時にそれを呼び出すコードに直接埋め込まれるため、関数呼び出しのオーバーヘッドが回避され、プログラムの実行効率が向上します。
一部の関数呼び出しによって引き起こされる問題を回避できます。たとえば、関数呼び出しにより一部のレジスタの値が保存および復元されるため、プログラムの実行効率に影響します。インライン関数の埋め込みコードにより、これらの問題を回避できます。

欠点がある

コードサイズの増加につながる可能性があります。インライン関数の埋め込みコードは、それを呼び出すコードに直接埋め込まれるため、コードのサイズが増大し、プログラムのパフォーマンスが低下する可能性があります。
コードの重複が発生し、効率が低下する可能性があります。インライン関数の埋め込みコードは、それを呼び出すコードに直接埋め込まれるため、コードの重複が発生し、コンパイル時間が長くなる可能性があります。

constexpr関数

C++11 では、constexpr キーワードを使用して constexpr 関数を定義できます。constexpr 関数は、コンパイル時に結果を計算できる特別な関数であるため、コンパイル時に決定する必要がある場合に使用できます。

constexpr 関数の定義と使用にはいくつかの制限があることに注意してください。たとえば、戻り値の型はリテラル値型である必要があり、パラメーターと関数本体は定数式である必要があります。

constexpr 関数の定義と使用法

C++11 では、constexpr キーワードを使用して constexpr 関数を定義できます。単純な constexpr 関数の例を次に示します。

constexpr int factorial(int n) {
    return n <= 1 ? 1 : n * factorial(n - 1);
}

上の例では、階乗関数は constexpr 関数であり、その定義の前に constexpr キーワードが付いています。プログラム内で階乗関数を呼び出すと、コンパイラはコンパイル時に結果を計算するため、コンパイル時に決定する必要がある場合に使用できます。

アドバンテージ

コンパイル時に結果を計算できるため、コンパイル時に判定する必要がある場合に利用でき、プログラムの実行効率を向上させることができます。
constexpr 関数の定義は通常比較的単純であるため、ヘッダーファイル内で定義でき、他のファイルの使用が容易になります。

欠点がある

定義と使用法にはいくつかの制限があります。constexpr 関数の定義と使用にはいくつかの制限があるため、constexpr 関数はあらゆる状況で使用できるわけではありません。
関数では多くの場合、コンパイル時に結果を計算する必要があるため、コードサイズが増加する可能性があります。
コードの量が増えるのはなぜですか? たとえば、次のコードでは constexpr 関数階乗を定義します。その定義は比較的単純ですが、コンパイル中に追加のコードが生成されます。

constexpr int factorial(int n) {
    return n <= 1 ? 1 : n * factorial(n - 1);
}

int main() {
    std::cout << factorial(5) << std::endl;
    return 0;
}

上記のコードでは、コンパイラは、factorial(5) の結果を計算するためにコンパイル時に追加のコードを生成します。これらの余分なコードによりプログラムのコードサイズが増大し、プログラムの可読性や保守性に影響を与える可能性があります。したがって、constexpr 関数を使用する場合は、コードサイズと実行効率の関係を比較検討し、適切な解決策を選択する必要があります。

関数ポインタ

C++ では、関数ポインターは関数へのポインターであり、関数を呼び出すために、または関数のパラメーターおよび戻り値として使用できます。関数ポインタの型は、関数の戻り値の型とパラメータの型によって決まります。たとえば、関数ポインタの定義は次のとおりです。

int (*p)(int, int);

上記のコードでは、戻り値の型が int でパラメータの型が int および int である関数を指す関数ポインタ p を定義します。

関数ポインタの使用

関数ポインタは、関数を呼び出すために、または関数のパラメータおよび戻り値として使用できます。たとえば、関数ポインターを使用する例を次に示します。

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int sub(int a, int b) {
    return a - b;
}

int calc(int (*p)(int, int), int a, int b) {
    return p(a, b);
}

int main() {
    int a = 1, b = 2;
    int c = calc(add, a, b);
    int d = calc(sub, a, b);
    std::cout << c << std::endl; // 输出 3
    std::cout << d << std::endl; // 输出 -1
    return 0;
}

上記のコードでは、2 つの関数 add と sub を定義し、それぞれ 2 つの整数の合計と差を計算するために使用されます。次に、関数 calc を定義します。この関数には、関数ポインター p、2 つの整数 a と b の 3 つのパラメーターがあります。calc 関数の役割は、関数ポインター p を呼び出し、それにパラメーターとして a と b を渡すことです。main 関数では、calc 関数を使用して 2 つの整数の和と差を計算し、結果を出力します。

コールバック関数に加えて、関数ポインタを使用して関数オブジェクトや関数ポインタの配列を実装することもできます。関数オブジェクトは、関数呼び出し演算子operator()をオーバーロードして、関数のように呼び出せるようにするクラスオブジェクトです。関数ポインター配列は、要素が関数ポインターである配列であり、ポリモーフィズムや動的呼び出しなどの関数を実装するために使用できます。

やっと

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