如何检查内联函数的参数是否在编译时已知？

Question

我有一个性能关键的内联函数。它基于参数生成一些数据。我希望编译器优化所有已知参数在编译时的调用中的数据生成。问题是，我无法强制编译器将优化后的数据从堆栈移到静态常量，因为标记数据为static会破坏参数不是编译时常量的情况。在堆栈上有常量数据会影响性能。是否有一种方法可以推断（可能使用模板/boost::enable_if），参数是编译时常量，并选择适当的数据生成实现？

struct Data {
     int d_[16];
};

inline Data fun(int param)
{  //param can sometimes be a compile-time constant

    ... //generate the data
    Data res = {gen0, gen2, gen3, ..., gen15}; //put the data into result
    return res;
}

当param不是编译时常量时，我们只需生成所有数据并返回。 当param已知时，编译器可以优化数据生成。但是，它无法优化以下行，并生成大量代码，仅将res成员设置为已知数据（数据嵌入到程序代码中）。我希望编译器创建一个静态常量，然后将其复制到返回对象中（这比执行嵌入数据的大量代码更快）。由于这是一个内联函数，即使复制也可能是不必要的。

免责声明

这个问题与如何根据编译时参数使用不同的内联函数重载？不同。 这是一个更通用的问题。

- user283145

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我认为没有办法检测函数参数是否为编译时常量，而且我不明白你为什么要重命名旧问题以使标题与问题相矛盾，并在此基础上开始一个新问题。 - UncleBens

不，新标题并不与问题相矛盾。我在编辑时表达不正确，直到现在才意识到。谢谢！ - user283145

Answer 1

我不相信有任何办法可以做到这一点；这是编译器的责任来优化调用，而不是语言的责任...所以没有通用的方法来做到这一点。:\

- user541686

Answer 2

所以听起来你有：

template <int N> myfunc_const_N() { /*...*/ }
inline myfunc_var_N(int N);

如果您想要输入myfunc(n);并让编译器调用myfunc_const_N<n>();（如果有效）或者myfunc_var_N(n);（如果无效），那么这是可能的吗？

我猜这是不可能的，但是证明这一点很困难。

但是，如果您真的能做到这一点，您会获得多少好处呢？在编写代码时，您有多少次不知道给定表达式是否为编译时常量？如果您确实有一个常量，请自己使用模板版本，如果没有，请使用函数参数版本。

- aschepler

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这种情况在嵌入式系统中经常出现。例如，在某些ST微控制器上，一些端口寄存器将引脚0映射到位0，引脚1映射到位1，引脚2映射到位2等等。其他的则将引脚0映射到位0-1，引脚1映射到位2-3，引脚2映射到位4-5等等。如果想要对由“引脚n=位n”掩码定义的一组I/O引脚执行操作，则可能需要生成一个“分散”的位掩码。如果该掩码是一个常量，则最好编写一个表达式来扩展它，以便在编译时计算为常量。但是，如果该掩码不是常量，则... - supercat

需要评估表达式的代码将非常糟糕，最好调用函数来进行转换。 - supercat

Answer 3

这不是可移植的，但在GCC和可能的Clang上有一个__builtin_constant_p编译器函数。这使您可以在编译时询问编译器是否知道变量的值。您可以像这样使用它：

void f(int arg) {
  if (__builtin_constant_p(arg) && arg == 0) {
    // Handle case where arg is 0 AND known at compile time.
  } else {
    // Generic code.
  }
}

通过这种方式，如果编译器在编译时知道arg的值为0，则不会生成else分支的代码。

使其更具可移植性的一个有用技巧可能是使用一些宏技巧。

#ifdef __GNUC__
#  define CONSTANT_P(x) __builtin_constant_p(x)
#else
#  define CONSTANT_P(x) 0
#endif

如有需要，请添加其他支持类似功能的编译器，现在您可以在不增加额外开销的情况下使用它，这些编译器（如果值得一提）将消除CONSTANT_P分支，留下通用代码。

- nixeagle

Answer 4

如果函数被内联，编译器会在适当的时候执行常量折叠优化，假设你使用的是相当合理的编译器。

- Puppy

Answer 5

你是否实际对代码进行了分析并证明将常量传递给你的（内联？）函数是瓶颈所在？

如果你已经进行了分析，那么你需要帮助编译器解决这个问题，因为没有自动完成的方法。当你知道常量时，必须手动调用函数的模板版本，否则调用普通版本。

- Mark B

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优化后的函数速度提高了20%（整个函数，而不是加载阶段）。似乎如果将大常量作为立即数嵌入到代码中（请参见我的编辑），则每次都会重新生成整个常量，即使我不需要所有数据。 - user283145