для чего используются встроенные функции
Встроенные функции в C ++
Встроенная функция является одной из важных особенностей C ++. Итак, давайте сначала разберемся, почему используются встроенные функции и какова цель встроенных функций?
Когда программа выполняет инструкцию вызова функции, ЦПУ сохраняет адрес памяти инструкции, следующей за вызовом функции, копирует аргументы функции в стек и, наконец, передает управление указанной функции. Затем ЦПУ выполняет код функции, сохраняет возвращаемое значение функции в заранее определенной ячейке памяти / регистре и возвращает управление вызывающей функции. Это может стать издержкой, если время выполнения функции меньше, чем время переключения с вызывающей функции на вызываемую функцию (вызываемый). Для функций, которые являются большими и / или выполняют сложные задачи, накладные расходы на вызов функции обычно незначительны по сравнению с количеством времени, которое требуется функции для запуска. Однако для небольших, часто используемых функций время, необходимое для вызова функции, часто намного больше, чем время, необходимое для фактического выполнения кода функции. Эти издержки возникают для небольших функций, потому что время выполнения маленькой функции меньше, чем время переключения.
C ++ предоставляет встроенные функции для уменьшения накладных расходов на вызовы функций. Встроенная функция — это функция, которая раскрывается в строке при ее вызове. Когда вызывается встроенная функция, весь код встроенной функции вставляется или заменяется в точке вызова встроенной функции. Эта замена выполняется компилятором C ++ во время компиляции. Встроенная функция может повысить эффективность, если она мала.
Синтаксис для определения встроенной функции:
Помните, что встраивание — это только запрос к компилятору, а не команда. Компилятор может игнорировать запрос на встраивание. Компилятор может не выполнять встраивание в таких обстоятельствах, как:
1) Если функция содержит цикл. (пока, пока-пока)
2) Если функция содержит статические переменные.
3) Если функция рекурсивная.
4) Если тип возвращаемого значения функции отличается от void, и оператор возврата не существует в теле функции.
5) Если функция содержит оператор switch или goto.
Встроенные функции обеспечивают следующие преимущества:
1) Затраты на вызов функции не происходят.
2) Это также экономит накладные расходы на переменные push / pop в стеке при вызове функции.
3) Это также экономит накладные расходы на обратный вызов из функции.
4) Когда вы встраиваете функцию, вы можете разрешить компилятору выполнять контекстно-зависимую оптимизацию тела функции. Такая оптимизация невозможна для обычных вызовов функций. Другие оптимизации могут быть получены путем рассмотрения потоков вызывающего контекста и вызываемого контекста.
5) Встроенная функция может быть полезна (если она мала) для встроенных систем, поскольку встроенная функция может дать меньше кода, чем преамбула вызова функции и возврат.
Недостатки встроенной функции:
1) Добавленные переменные из встроенной функции потребляют дополнительные регистры, после встроенной функции, если число переменных, которые собираются использовать регистр, увеличивается, чем они могут создать издержки при использовании ресурсов переменных регистра. Это означает, что когда подставляется тело встроенной функции в точке вызова функции, также вставляется общее количество переменных, используемых функцией. Таким образом, число регистров, которые будут использоваться для переменных, также будет увеличено. Так что если после встраивания функции число номеров переменных резко возрастет, то это наверняка вызовет дополнительные затраты на использование регистра.
2) Если вы используете слишком много встроенных функций, размер двоичного исполняемого файла будет большим из-за дублирования одного и того же кода.
3) Слишком большое встраивание может также снизить частоту обращений к кешу инструкций, тем самым уменьшая скорость выборки инструкций от скорости кэш-памяти до основной памяти.
5) Встроенные функции могут быть бесполезны для многих встроенных систем. Потому что во встроенных системах размер кода важнее скорости.
6) Встроенные функции могут вызывать сбои, так как встраивание может увеличить размер двоичного исполняемого файла. Перегрузка памяти приводит к снижению производительности компьютера.
Следующая программа демонстрирует использование встроенной функции.
Встраиваемые функции (C++)
Функция, определенная в теле объявления класса, является встроенной.
Пример
В объявлении класса функции были объявлены без inline ключевого слова. inline Ключевое слово может быть указано в объявлении класса; результат будет таким же.
Заданная встроенная функция-член должна быть объявлена одинаково в каждом блоке компиляции. Из-за этого ограничения встраиваемые функции работают так же, как если бы они были созданными экземплярами функций. Кроме того, должно существовать только одно определение встраиваемой функции.
Функция-член класса по умолчанию имеет внешнюю компоновку, если только определение этой функции не содержит inline спецификатор. В предыдущем примере показано, что вам не нужно явно объявлять эти функции с помощью inline описателя. Использование inline в определении функции приводит к тому, что оно будет встроенной функцией. Однако не допускается повторное объявление функции inline после вызова этой функции.
inline Описатели и __inline указывают компилятору вставить копию тела функции в каждое место вызова функции.
Вставка, называемая встроенным развертыванием или встраиванием, выполняется только в том случае, если анализ стоимости компилятора показывает, что это целесообразно. Встроенное расширение минимизирует затраты на вызов функций за счет потенциальных затрат на больший размер кода.
Применение встраиваемых функций может ускорить выполнение программ, поскольку устраняет нагрузку на вызов функций. Для подставляемых функций выполняются оптимизации кода, которые недоступны для обычных функций.
Параметры и ключевые слова подстановки компилятор обрабатывает как рекомендации. Нет никакой гарантии, что функции будут встроены. Нельзя заставить компилятор подставляемь определенную функцию даже с помощью __forceinline ключевого слова. При компиляции с /clr компилятор не будет встроен в функцию, если к функции применены атрибуты безопасности.
inline Ключевое слово указывает компилятору, что предпочтительнее встроенное расширение. Однако компилятор может создать отдельный экземпляр функции и вместо подстановки кода создать стандартную компоновку вызова. В двух случаях может возникнуть такая ситуация:
Функции, на которые создаются ссылки посредством указателя в любом месте блока трансляции.
Эти причины могут повлиять на встраивание, как и другие, на усмотрение компилятора. не следует зависеть от спецификатора, чтобы сделать функцию встроенной.
Как и в случае с обычными функциями, в встроенной функции не определен порядок вычисления аргументов. На самом деле он может отличаться от порядка вычисления аргументов при передаче с использованием обычного протокола вызова функций.
/Ob Параметр оптимизации компилятора позволяет определить, выполняется ли фактическое расширение функции.
/LTCG выполняет Межмодульное встраивание независимо от того, запрошены ли они в исходном коде.
Пример 1
Функции-члены класса могут быть объявлены встроенными либо с помощью inline ключевого слова, либо путем помещения определения функции в определение класса.
Пример 2
Только для систем Майкрософт
Даже при использовании __forceinline компилятор не может встроен код во всех обстоятельствах. Компилятор не может выполнить встраивание функции, если:
Функция или ее вызывающий объект компилируются вместе с /Ob0 (параметром по умолчанию для отладочных сборок).
В функции и вызывающем объекте используются разные типы (в одном — обработка исключений C++, а в другом — структурированная).
Функция имеет переменное число аргументов.
Функция является рекурсивной и не имеет #pragma inline_recursion(on) набора. С помощью этой директивы выполняется подстановка рекурсивных функций с глубиной по умолчанию, 16 вызовам. Чтобы уменьшить глубину встраивания, используйте inline_depth директиву pragma.
Функция является виртуальной, и для нее используется виртуальный вызов. Прямые вызовы виртуальных функций могут подставляться.
Программа принимает адрес функции, и вызов совершается через указатель на функцию. Прямые вызовы функций, чей адрес был принят, могут подставляться.
Функция также помечается naked __declspec модификатором.
Функция компилируется с помощью/OD или/Ob0. В таких случаях встраивание не ожидается.
Функция определена извне, в включенной библиотеке или другой записи преобразования либо является виртуальным целевым объектом вызова или адресатом косвенного вызова. Компилятор не может определить невстроенный код, который не удается найти в текущей записи преобразования.
Рекурсивные функции могут быть заменены встроенным кодом на глубину, заданную inline_depth директивой pragma, до максимум 16 вызовов. Начиная с этой глубины рекурсивные функции обрабатываются как вызовы на экземпляр функции. Глубина, для которой рекурсивные функции проверяются встроенным эвристическим методом, не может превышать 16. inline_recursion Директива pragma управляет встроенным расширением функции, находящегося в данный момент в расширении. Дополнительные сведения см. в описании параметра компилятора для расширения встроенной функции (/OB).
Завершение блока, относящегося только к системам Майкрософт
Дополнительные сведения об использовании inline спецификатора см. в следующих статьях:
Когда использовать встраиваемые функции
Встроенные функции лучше использовать для небольших функций, например функций доступа к закрытым элементам данных. Основной целью таких функций метода доступа является возврат сведений о состоянии объектов. Короткие функции чувствительны к издержек вызовов функций. Более длинные функции тратят пропорционально меньше времени в вызове и возвращают последовательность и выделяют меньше от встраивания.
Point Класс можно определить следующим образом:
Предполагается, что обработка координат является относительно распространенной операцией в клиенте такого класса, указывая две функции доступа ( x и y в предыдущем примере), как inline правило, позволяет экономить издержки:
вызовы функций (включая передачу параметров и размещение адреса объекта в стеке);
сохранение кадра стека вызывающего объекта;
Настройка нового кадра стека
передачу возвращаемого значения;
Восстановление старого кадра стека
Встроенные функции и макросы
Встроенные функции похожи на макросы, так как код функции разворачивается в точке вызова во время компиляции. Однако встроенные функции анализируются компилятором, а макросы развертываются препроцессором. В результате, имеется несколько важных различий.
Встраиваемые функции выполняют все протоколы безопасности типов, обязательные для обычных функций.
Встроенные функции указываются с использованием того же синтаксиса, что и любая другая функция, за исключением того, что они содержат inline ключевое слово в объявлении функции.
Выражения, передаваемые во встраиваемые функции в качестве аргументов, вычисляются один раз. В некоторых случаях выражения, передаваемые в макросы в качестве аргументов, можно вычислить несколько раз.
В следующем примере показан макрос, преобразующий строчные буквы в прописные.
Из-за реализации макроса getc выполняется один раз для определения того, что символ больше или равен «a», и один раз, чтобы определить, меньше ли он или равен z. Если он находится в этом диапазоне, getc выполняется еще раз, чтобы преобразовать символ в верхний регистр. Это означает, что программа ожидает два или три символа, когда, в идеале, будет ожидать только один.
Подставляемые функции позволяют устранить описанную выше проблему.
Встроенные функции
Урок 26. Информатика 9 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Встроенные функции»
· Что такое встроенные функции?
· Для чего нужны встроенные функции?
· Как работать со встроенными функциями?
Основные задачи электронных таблиц – это вычислять и анализировать данные, а также пересчитывать значения при изменении данных. Их основная цель – облегчение работы.
Все просто и понятно, если, например, нужно найти сумму трех чисел, записанных в ячейки электронной таблицы. А что делать, если нужно суммировать 1000 чисел? Вручную писать формулу? В таких случаях без встроенных функций не обойтись.
Встроенные функции – это функции, которые уже содержатся в табличном процессоре и выполняют различные вычисления автоматически при их вызове из библиотеки функций.
Каждая функция имеет свое собственное имя, которое необходимо для ее вызова. Имя функции – это не что иное, как сокращение от названия функции. Например, функция «сумма» в табличном процессоре называется СУММ.
На вкладке Формулы в разделе библиотека функций, в виде кнопки «автосумма» со значком выпадающего списка находятся функции, которые пользователи используют чаще всего, например, найти сумму, среднее арифметическое, максимальное и минимальное значение.
Давайте попробуем вызвать функцию при введении формулы. Например, нужно вычислить значение выражения 
.
Рассмотрим несколько способов:
1 способ. Вызвать функцию можно просто набрав ее имя с помощью клавиатуры.
Итак, вводим «равно», теперь набираем на клавиатуре слово «КОРЕНЬ», теперь открываем скобку, в скобках можно ввести число с клавиатуры, можно указать ячейку или диапазон ячеек, теперь закроем скобку.
Данный способ неудобен тем, что при создании формул могут допускаться опечатки и синтаксические ошибки. Ссылки также лучше не вводить вручную, а указывать мышью ячейку или диапазон.
2 способ. Выбрать необходимую функцию из раскрывающегося списка.
Обратите внимание, вводим равно, теперь вводим букву «К», в раскрывшемся списке находим и выбираем необходимую нам функцию «Корень».
Мышкой указываем ячейку с числом, корень которого нужно вычислить.
3 способ. С помощью диалогового окна «Мастер функций».
Избежать ошибок при вводе имени функции и адресов ячеек позволяет использование Мастера функций.
Вызвать Мастера функций можно:
· Выбираем вкладку «Формулы», в разделе «Библиотека функций» нажимаем «Вставить функцию».
· Нажать кнопку «Вставить функцию» в строке формул.
· На вкладке «Формулы», в разделе «Библиотека функций» нажимаем «Автосумма». В выпадающем списке выберем пункт «Другие функции».
Обратите внимание! В ячейке автоматически появляется знак «равно».
Работа с мастером функций включает два шага.
1 шаг: в окошке «Поиск функции» пишем название нужной нам функции, в нашем случае корень, и нажимаем кнопку «Найти». В окошке «Выберите функцию» выделяем необходимую функцию и нажимаем «ОК».
2 шаг: в появившемся окне «Аргументы функции» в окошко «число» вводим нужное нам число, либо выбираем ячейку или диапазон ячеек. Нажимаем ОК.
В табличном процессоре очень много стандартных функций. Поэтому их сгруппировали по категориям. Это математические, статистические, логические, текстовые, финансовые и другие. Список всех категорий можно посмотреть в окошке «Категория» Мастера функций.
Таким образом, использование функции делает формулу более компактной и понятной. В большинстве случаев использование функций в формулах позволяет не только упростить саму формулу, но и выполнять такие вычисления, которые осуществить по-другому, без функций, просто невозможно.
Решение задачи с использованием функций.
Нам дана таблица успеваемости учащихся 9 класса. Нужно вычислить средний балл каждого ученика, а также средний, минимальный и максимальный баллы по отдельным предметам.
Откроем файл «Успеваемость», находящийся в вашей рабочей папке.
В ячейку I4 введем формулу для вычисления среднего балла первого ученика. Для этого:
· В выпадающем списке кнопки «Автосумма» выберите функцию «среднее»;
· При необходимости отредактируйте диапазон ячеек, для которых вычисляется среднее значение.
Отредактировать диапазон ячеек можно тремя способами:
· исправить имя ссылки в строке формул;
· непосредственно в ячейке;
· Перетащить маркер заполнения в нужное вам место.
Нажмите клавишу «Enter».
Для вычисления средних баллов остальных учеников скопируем формулу из ячейки I4 в диапазон I5:I9. То есть, перетащим маркер заполнения в нужное нам место.
Теперь в ячейку В10 введем формулу для вычисления среднего балла по русскому языку. Сделаем это следующим образом:
· Выделим ячейку В10;
· На вкладке Формулы в разделе Библиотека функций нажимаем «Вставить функцию»;
· В окошко «Поиск функции» напишем среднее значение и нажимаем кнопку «найти».
· В окошке «Выберите функцию» выделим СРЗНАЧ и нажимаем ОК.
· В появившемся окне диалога укажем диапазон ячеек, для которых вычисляем среднее арифметическое с помощью выделения этого диапазона мышью. Если диалоговое окно загораживает часть таблицы, его можно отодвинуть в сторону;
Скопируем формулу из ячейки В10 в диапазон С10:Н10.
Установим для ячеек I4:I9 и В10:Н10 числовой формат с одним десятичным знаком. Для этого:
· Выделим нужные нам ячейки;
· Нажимаем на выделенной части правой кнопкой мыши;
· В раскрывшемся меню выберем «Формат ячеек»;
· Теперь в окошке числовые форматы выбираем «Числовой»;
· Слева, в окошке «Число» десятичных знаков выбираем один.
Аналогично вычислим минимальные и максимальные баллы по предметам.
Обратите внимание! Компьютер предлагает захватить лишние данные. Мы должны взять именно нужный диапазон ячеек, а не полагаться во всем на компьютер.
Сохраним таблицу в свою рабочую папку.
Заметьте, мы не пользовались калькулятором, не делали никаких вычислений в уме и только с помощью табличного процессора и встроенных функций сделали необходимые вычисления.
· Встроенные функции – это функции, которые уже содержатся в табличном процессоре и выполняют различные вычисления автоматически при их вызове из библиотеки функций.
· В табличном процессоре очень много стандартных функций. Поэтому их сгруппировали по категориям. Это математические, статистические, логические, текстовые, финансовые и другие.
· Список всех категорий можно посмотреть в окошке «Категория» Мастера функций.
· Использование функции делает формулу более компактной и понятной. В большинстве случаев использование функций в формулах позволяет не только упростить саму формулу, но и выполнять такие вычисления, которые осуществить по-другому, без функций, просто невозможно.
Встроенные функции (inline-функции)
Inline функции весьма занятный рудимент, доставшийся современному миру из уже далеких бандитских 90-х. Когда процветал ассемблер, Си компилировал очень компактные и маленькие программы, когда процессоры были слабенькими (по сравнению с тем, что сейчас в мобилки ставят к примеру) и время выполнения кода ценилось на вес золота. Этот тип функций вообще-то использовался не только в Си, и в то лихое время оправдывал себя.
Я думаю, не для кого не секрет, что древние компьютеры требовали при написании ПО для тяжелых вычислений достаточно таки серьезного подхода с позиции программиста. Выкручиваться и экономить приходилось на всём, иначе время работы программы увеличивалось в разы. Это сейчас мы гоняем гигабайтные игрушки не особо жалуясь на скорость работы. В то время это было чрезвычайно критично, и одним из способов сократить время работы, как раз являлись inline (встроенные) функции. Сейчас я попробую более менее доступно рассказать почему.
Итак, что из себя представляет обычная функция? Возьмем например простой пример – вычисление факториала.
Достаточно простые вычисления факториала (5!) в цикле for, и возврат результата из функции. С++ расценивает эту функцию как некий блок операций, сгруппированный в отдельный блок. Блок этот после компиляции помещается в ячейки памяти единожды в коде, и тело функции (цикл в данном случае) нигде больше в скомпилированной программе не повторяется. Все красиво – получается некий участок памяти, принадлежавший программе, на который процессор при необходимости перескакивает с того места, где находит вызов.
В данном операторе сия функция задействована, процессор просто выполнит команду ассемблера CALL, в которой будет передан адрес функции. Т.е. вызов функции обойдется в один оператор (если грубо говорить). При этом, в памяти (точнее говоря в стеке программы) занимается место для параметров функции, если они есть, и обязательно для адреса, откуда процессор прыгнул на функцию.
Inline функция избавляет процессор прыгать в ячейку, по адресу которой начинается эта функция. Сам смысл inline состоит в том, чтобы вместо вызова функции подставить ее тело (код функции) в место, где она вызывается.
Если описать наш факториал так:
мы получим разворот функции в набор операторов:
как будто бы сами в коде написали в этом месте.
Соответственно код типа:
Т.е. различие между inline функцией и обычной функцией – дублирование кода тела функции везде, где она оказывается задействована. В обычной функции, её тело находится в единственном экземпляре в одном и том же месте внутри программы.
Где здесь выгода спросите вы? Экономится время процессора на прыжки с места вызова в тело функции. Если функция огромная и используется в нескольких местах, то inline получается не совсем выгодно. Однако, если функция (тело её) маленькое, с минимальным количеством операторов, решающих задачу, в старину было удобнее отказаться от прыжка и просто подставить их в нужное место, как будто сам программист там их описал.
Как бы там ни было, в бытовых условиях да еще и на современных компьютерах, программы, использующие inline подстановку тела функции вместо вызова, не дают особых преимуществ. Поэтому использовать этот вид функции приходится достаточно редко. ИМХО, ему место в музее славы. Хотя, чтоб быть до конца честным, такой подход дает свои плоды тем, кто программирует контроллеры, процессоры и прочие железяки. Но там свои особенности и свой подход, и в это углубляться сейчас не стоит. Использовать встроенную функцию ( inline функцию) или нет – решать самому программисту. От себя могу добавить только одно – не стоит делать это там, где этого не требуется по заданию.