将存储分配给常量变量

Question

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我正在阅读一本提到以下内容的书：

如果编译器知道const的每个用途，它就不需要为其分配空间。例如：

1. const int c1 = 1; 2. const int c3 = my_f(3); 3. extern const int c4;

鉴于c3和c4的值在编译时不能确定，必须为c3和c4分配存储空间。

我不理解其中任何一个问题。我的疑惑是：

这里的持有是什么意思？它不仍然需要在内存中存储所有内容吗？对于c1，我们没有任何存储分配吗？

请帮我澄清这些疑惑。

谢谢。

- bruceparker

3个回答

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Const有两个用途 - 替代宏（常量表达式）和不可变数据。

这个语句：

const int c1=1;

这实际上是一个类型安全的版本：

#define c1 1

这段代码：

int foo = c1;

可以简单地编译为：

int foo = 1;

请问哪个更有效率。

另一方面，这样做：

const int c3=my_f(3);

被用作不可变的c3。它很可能存在于内存中，但是您不能修改它。它本质上是 int c3=my_f(3); 的更安全的版本。

为了举例说明：

int a1[c1];
int a2[c3];

a1是有效的，因为编译器能够推断a1为常量表达式。a2不是有效的，因为尽管c3是const，但它可能在编译时无法确定。

C++11增加了constexpr关键字，它类似于const，但比const更严格。只有c1和c2可以使用constexpr。 c3也可以，但需要my_f也是constexpr。

- Pubby

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作为一个积分常量表达式，编译器有权使用常量折叠将其从程序中移除。只有在取它的地址时才不成立。此外，现代优化编译器可以使用LTO、内联和常量折叠来处理c3和c4，如果可能的话。

如果您不取变量的地址，编译器没有义务分配它，如果它可以生成具有等效结果的代码，则根据as-if规则。

编辑：常量折叠是指编译器在编译时评估表达式而不是运行时。例如，您可以合法地执行int x [3 + 4];，其中3 + 4在编译时计算。一些特定的例子，尤其是涉及ICE的例子，是标准规定的，但实现可以进行更多的操作。LTO是链接时间优化，即当它们链接在一起时，编译器在翻译单元之间执行优化。

这意味着编译器可以内联my_f的内容，然后（取决于内容）将其常量折叠出来，使c3成为一个常量表达式，然后将其常量折叠到使用它的任何地方而不分配它。对于c4，LTO可能会将c4的值作为常量表达式产生，这样它也可以被常量折叠和删除。

在C++11中有constexpr函数，允许在此区域中完成更多工作。

- Puppy

很抱歉，我也无法理解你的回答。常量折叠和LTO是什么？ - bruceparker

最后一个问题：这是否意味着每当一个变量被定义为const并用字面值初始化时，它就像一个宏一样，在程序中使用的任何地方编译器都会用值替换变量？ - bruceparker

@Leoheart：不是的，完全不一样。宏是文本替换，常量折叠是语义替换。其次，编译器只能对某些情况和某些类型进行这种替换。 - Puppy

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可以查看英文原文，
原文链接

- Sergey Kalinichenko · Accepted Answer

c1与其他两个常量不同的地方在于它是用字面值初始化的。这使得编译器可以将该值放置在使用该常量的任何位置，例如：

int x = z + c1;

可以被替换为

int x = z + 1;

这意味着编译器不需要分配空间并将1存储在其中。 c3和c4是不同的：一个是使用函数计算的，另一个来自不同的编译单元。这意味着编译器不能像处理c1那样进行替换：编译器不知道c3和c4的值。因此，编译器会生成代码。

int x = z + c4;

就像c4是存储在内存中某个变量一样。由于在这种情况下c4是一个外部常量，链接器会解析它的位置，并填写编译器缺失的信息（即c4的地址），使程序完整并准备好运行。