如何在编译期强制计算常表达式？

Question

如何在编译期强制计算常表达式？

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几天前我询问编译器根据哪些标准来决定是否在编译时计算constexpr函数。

正如所发现的那样，只有当所有参数都是常量表达式，您要分配的变量也是常量表达式时，constexpr才会在编译时计算。

参考链接：When does a constexpr function get evaluated at compile time?

template<typename base_t, typename expo_t>
constexpr base_t POW(base_t base, expo_t expo)
{
    return (expo != 0 )? base * POW(base, expo -1) : 1;
}

template<typename T>
void foobar(T val)
{
    std::cout << val << std::endl;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    foobar(POW((unsigned long long)2, 63));
    return 0;
}

如果我听到的是真的，那么这个代码示例非常不实用，因为 foobar 不接受 constexpr（由于某些原因，您无法将 constexpr 用作参数），POW 在运行时进行评估，尽管可以在编译时计算它。强制编译时评估的明显解决方案是：

auto expr = POW((unsigned long long)2, 63);
foobar(expr);

然而，这迫使我使用额外的一行代码，在每次想要确保constexpr在编译时得到评估时都需要这样做。为了使这更加方便，我想出了以下可疑的宏：

#define FORCE_CT_EVAL(func) [](){constexpr auto ___expr = func; return std::move(___expr);}()
foobar(FORCE_CT_EVAL(POW((unsigned long long)2, 63)));

尽管它完全可以正常工作，但我感觉好像有些不对劲。创建匿名lambda函数会影响性能吗？通过rvalue引用返回是否实际上将表达式移动到函数参数中？std::move如何影响性能？有没有更好的一行代码解决方案？

- Byzantian

Pubby在他对你之前的问题的回答中使用的模板技巧有什么问题？ - Mat

2

啊，我明白了。（但我一点都不知道。）（无关的话：使用“2ULL”可以节省您的打字时间。） - Mat

那个lambda在返回时不需要std::move，因为___expr是一个xvalue，此外...如果你传递变量而不是字面值作为参数，我认为它不能正常工作，因为lambda需要捕获它们。现在的方式会发出有关无法捕获变量的错误，对编译评估执行没有太多建议性。 - oblitum

1

我认为更好的宏定义应该是 #define COMPILATION_EVAL(f, ...) (std::integral_constant<decltype(f(__VA_ARGS__)), f(__VA_ARGS__)>::value)。 - oblitum

1

请注意，在实践中，使用 -O2 选项，clang 编译器将代码在编译时进行计算。如果将其拆分为两行：const auto p=POW((unsigned long long)2, 63); foobar(p);，gcc 也会这样做。 - Marc Glisse

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1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- oblitum · Accepted Answer

只是为了不让它深埋在评论中：

#include <type_traits>

#define COMPILATION_EVAL(e) (std::integral_constant<decltype(e), e>::value)

constexpr int f(int i){return i;}

int main()
{
    int x = COMPILATION_EVAL(f(0));
}

编辑1:

这种方法有一个限制，constexpr函数可以接受浮点数并被分配给constexpr浮点变量，但你不能使用浮点类型作为非类型模板参数。同样，其他类型的文字也有相同的限制。

您的lambda对此也适用，但我想您需要一个默认捕获来获得有意义的错误消息，当非constexpr的内容传递到函数时。结尾处的std::move是可有可无的。

编辑2:

哦，抱歉，你的lambda方法对我不起作用，我刚才意识到，它怎么可能会工作，lambda不是一个constexpr函数。它对你也不应该有效。

看来确实没有办法绕过它，除了在局部范围内初始化一个constexpr变量。

编辑3:

哦，好的，我的错，lambda的目的只是评估。所以它对于那个是有效的。它的结果，反而是不可用于跟随另一个编译时间评估。

编辑4:

在C++17中，现在可以在constexpr上下文中使用lambda，因此在编辑2/编辑3中提到的限制被移除了！因此，lambda解决方案是正确的。查看此评论以获取更多信息。