定义编译时常量的最佳方式

Question

定义编译时常量的最佳方式

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如何在C++11中定义一个简单的常量值，使得没有运行时惩罚？例如：（无效代码）

// Not ideal, no type, easy to put in wrong spot and get weird errors
#define VALUE 123

// Ok, but integers only, and is it int, long, uint64_t or what?
enum {
     Value = 123
};

// Could be perfect, but does the variable take up memory at runtime?
constexpr unsigned int Value = 123;

class MyClass {
    // What about a constant that is only used within a class, so
    // as not to pollute the parent namespace?  Does this take up
    // memory every time the class is instantiated?  Does 'static'
    // change anything?
    constexpr unsigned int Value = 123;

    // What about a non-integer constant?
    constexpr const char* purpose = "example";
    std::string x;
    std::string metadata() { return this->x + (";purpose=" purpose); }
    // Here, the compiled code should only have one string
    // ";purpose=example" in it, and "example" on its own should not
    // be needed.
};

编辑

因为有人告诉我这是一个无用的问题，因为没有背景知识，所以在此提供背景信息。

我正在定义一些标记，以便我可以做类似于这样的事情：

if (value & Opaque) { /* do something */ }

Opaque的值在运行时不会改变，因此它仅在编译时需要使用，让它出现在编译后的代码中似乎很愚蠢。这些值还在循环内部使用，而该循环对图像中的每个像素运行多次，因此我想避免运行时查找，以避免减慢速度（例如，运行时进行内存访问以检索常量的值）。这不是过早优化，因为该算法目前需要约一秒钟来处理一个图像，而我经常需要处理100多个图像，因此我希望速度尽可能快。

由于有人说这很琐碎，不必担心，我猜#define可能是最接近字面值的选项，因此也许这是避免“过度思考”问题的最佳选择？我想普遍共识是您只能希望没有人需要使用单词Opaque或其他要使用的常量？

- Malvineous

你确定你的内存如此紧张，4个字节会有所不同吗？ - Brian Bi

1

为什么每个人都会这样说呢？你发帖想要什么，但却只得到了荒漠中的风滚草，因为没有人能够理解你的需求，除了一个人建议你发布一个简单的例子，只包含核心要点...唉。 - Malvineous

4

@Brian: 当然，四个字节并不多，但你会在代码中留下未使用的变量吗？何必删除它们，编译器警告可以被禁用，而且几个字节并不重要:-P当然，一个原因是如果您在循环算法中使用这些值，那么直接将值放入代码中可以消除每次访问时的一个内存查找，从而加快算法的速度（尽管编译器优化除外）。 - Malvineous

是的，您应该发布一个简单的示例，只包括核心要点，但这些核心要点应该与现实有所关联。这个问题并没有说明任何实际的问题。它只是在询问某些事情的意见，而没有真正定义任何限制条件，使其毫无用处！ - Lightness Races in Orbit

жҲ‘зҡ„е®һи·өиҝҳжІЎжңүжӣҙж–°еҲ°C++11пјҢдҪҶжҲ‘еҸӘжҳҜеңЁе‘ҪеҗҚз©әй—ҙдёӯдҪҝз”Ёеёёи§„зҡ„const int a = 0;пјҢжңүж—¶еңЁзұ»дёӯдҪҝз”Ёstatic const int a = 0гҖӮеҰӮжһңдёҚйңҖиҰҒеӯҳеңЁдәҺеҶ…еӯҳдёӯпјҢиҝҷдәӣеҸҳйҮҸеңЁиҝҗиЎҢж—¶дёҚдјҡеҚ з”ЁеҶ…еӯҳгҖӮ - Neil Kirk

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3个回答

3

我认为你应该考虑使用C++11的枚举类型指定底层类型这一特性，对于你的示例代码可以这样写：

enum : unsigned int { Value = 123 };

这将消除您对使用枚举的两个反对意见之一，即您无法控制实际用于表示它们的类型。但是它仍然不允许非整数常量。

- einpoklum

-1

以下选择永远不会出错：

static constexpr const unsigned int Value = 123;

说实话，尽量不要在意这个。真的尽量不要。

- Lightness Races in Orbit

4

你可以在这里犯很严重的错误。如果在内联函数（如模板）中使用ODR中的常量，将违反一个定义规则，因为该名称在每个翻译单位中都引用了单独的、不同的对象。请注意避免这种情况。 - Potatoswatter

10

C++有53910种定义常量的方式，这让人很难不关注它。 - Neil Kirk

3

如果你是一个有强迫症的完美主义者，这并不会影响你。但是这让我很困扰。 - Neil Kirk

4

如果你有数百个常量，并且你正在编写一个只有几千字节程序空间的嵌入式系统，那么这就成为了一个问题。说 C++ 不用于这种嵌入式编程是循环论证：只要我们注意边角情况，C++ 就能够达到最高效率。 - Potatoswatter

3

@LightnessRacesinOrbit 所以，当问题以抽象的方式陈述时，您会要求提供用例，而当您获得用例时，您会要求讨论抽象机器。??? - Potatoswatter

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可以查看英文原文，
原文链接

- Potatoswatter · Accepted Answer

实际上，这比看起来要棘手得多。

明确重申要求：

不应有任何运行时计算
除了实际结果之外，不应有任何静态、堆栈或堆内存分配。（分配可执行代码是不可能禁止的，但请确保CPU需要的任何数据存储都是私有的。）

在C++中，表达式可以是左值（lvalue）或右值（prvalue）（在C++11之前和C语言中，rvalue对应相关概念）。左值指向对象，因此它们可以出现在赋值表达式的左侧。我们要避免的是对象存储和左值属性。

你需要的是一个标识符或id-expression评估为prvalue。

目前，只有枚举器可以做到这一点，但正如你观察到的那样，它们留下了一些问题。每个枚举声明都引入了一个新的、独特的类型，因此enum { Value = 123 };引入了一个常量，它不是整数，而是自己独特的类型，可以转换为int。虽然它能发挥作用，但并不是最适合这个任务的工具。

你可以使用#define，但这是一个hack，因为它完全避开了解析器。你必须用所有大写字母命名它，然后确保同样的全大写名称没有用于程序中的其他任何东西。对于库接口，这种保证尤其繁琐。

下一个最好的选择是函数调用：

constexpr int value() { return 123; }

然而要注意，constexpr函数仍然可以在运行时进行评估。你需要再跨过一个障碍才能将这个值表达为一种计算：

小心使用 constexpr 函数，因为它们仍可在运行时被计算。你需要再做一些额外的工作才能将这个值表示为计算。

constexpr int value() {
    /* Computations that do not initialize constexpr variables
       (or otherwise appear in a constant expression context)
       are not guaranteed to happen at compile time, even
       inside a constexpr function. */

    /* It's OK to initialize a local variable because the
       storage is only temporary. There's no more overhead
       here than simply writing the number or using #define. */

    constexpr int ret = 120 + 3;
    return ret;
}

现在，您不能将常量称为名称，它必须是value()。函数调用操作符可能看起来不太有效率，但它是目前唯一完全消除存储开销的方法。