面试题：C语言宏函数性能优化之中等题

Question

在C语言中，宏函数与普通函数在性能优化方面有哪些显著区别？请举例说明如何利用宏函数的特性进行简单的性能优化。

Answer 1

宏函数与普通函数在性能优化方面的区别

1. 代码展开方式
   • 宏函数：在预处理阶段，宏函数被预处理器直接展开到调用处。这意味着没有函数调用的开销，如参数压栈、跳转到函数地址、返回等操作。例如定义宏函数 #define ADD(a, b) ((a) + (b))，当 ADD(3, 5) 调用时，预处理器会直接将其替换为 ((3) + (5))。
   • 普通函数：在运行时进行函数调用。每次调用函数都需要进行参数传递、保存寄存器状态、跳转到函数执行代码处，执行完毕后再返回，存在一定的性能开销。例如定义函数 int add(int a, int b) { return a + b; }，调用 add(3, 5) 时会有上述函数调用开销。
2. 类型检查
   • 宏函数：宏函数不进行类型检查，只是简单的文本替换。如果宏函数使用不当，比如参数类型不匹配，可能导致难以发现的错误。例如 ADD(3.5, 5)，宏函数会将其替换为 ((3.5) + (5))，但如果是普通函数 add，传递浮点数会因类型不匹配而报错（假设函数定义为 int 类型参数）。
   • 普通函数：普通函数在编译时会进行严格的类型检查，保证参数类型与函数定义一致，增强了程序的健壮性。

利用宏函数特性进行简单性能优化示例

假设需要在循环中频繁计算两个数的和，使用宏函数可以减少函数调用开销从而提升性能。

#include <stdio.h>
#define ADD(a, b) ((a) + (b))

int main() {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        sum = ADD(sum, i);
    }
    printf("Sum: %d\n", sum);
    return 0;
}

在上述代码中，循环中每次调用 ADD 宏函数，由于宏函数在预处理阶段直接展开，没有函数调用开销，相比使用普通函数，在这种频繁调用的场景下能提升一定的性能。