在constexpr函数内部，if和if constexpr有何区别？

Question

最近我在我的constexpr函数中将一些if constexpr修改为if，发现它们仍然可以在编译时评估，并且运行良好。这里是一个最小的案例：

template<int N>
constexpr bool is_negative()
{
    if constexpr  (N >= 0) return false;
    else  return true; 
}
int main()
{
    constexpr  bool v = is_negative<1>();
}

实时演示

在上述情况中，N 必须在编译时已知，因为它是非类型模板参数，所以 if constexpr 在这里可以很好地工作。但是，它是一个 constexpr 函数，所以，如果我将 if constexpr 替换为 if，据我所知，仍然 可能 可以获得返回值：

template<int N>
constexpr bool is_negative()
{
    if  (N >= 0) return false;
    else  return true; 
}
int main()
{
    constexpr  bool v = is_negative<1>();
}

实时演示

根据 cppref，constexpr 函数必须满足以下所有要求：不提及 if。因此，如果我理解正确的话，即使所有相关变量在编译时已知（如上面的 is_negative），包含 if 的 constexpr 函数是否在编译时评估是实现定义行为。

所以，我的结论是：

• c++17 之前，我们没有 if constexpr，所以选择 if，这意味着不能保证我们的 constexpr 函数在编译时被评估，所有取决于编译器实现
• c++17 之后，如果我们希望 constexpr 函数在编译时被评估，则首选 if constexpr。

以上都是我的个人想法，可能会遗漏/误解一些重要信息，请随时纠正。问题仍然未改变：if 和 if constexpr，对于预期在编译时评估的 constexpr 函数，应该选择哪个。

参考文献： - 什么是可用于 constexpr 函数的内容？ - "if constexpr()" 与 "if()" 的区别

- Chen Li

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常量的评估一直是编译时评估。例如，使用模板is_negative()和13使条件13 >= 0，编译器将解析为1（没有constexpr）。现代编译器优化整个条件，但我不知道这是否是强制性的，如果是，从哪个标准版本开始。顺便说一句，if (N >= 0) return true; else return false;：为什么不是return N >= 0;？还是因为简化了[mcve]？ - Scheff's Cat

糟糕，我的错，这是不好的风格。我应该发布一个更好的示例... - Chen Li

好的，没问题。（你也可以说这是由于MCVE。这样的东西可能看起来有点愚蠢，但只是为了“展示原理”。在我看来，如果声明为这样做是可以接受的。）;-) - Scheff's Cat

@Scheff 我发现我两个月前只告诉了一个操作员这是可怕的风格 https://stackoverflow.com/a/52826880/6949852 XD - Chen Li

我和 @Nelfeal 意见一致。使用常量进行算术或关系运算会再次得到常量（编译时评估）。我试图在 常量表达式 中找到相关部分，但失败了，直到我意识到 核心常量表达式 是“反向”表示的，即他们列出了任何使表达式 不 成为核心常量表达式的内容。我需要一点时间才能意识到这一点... ;-) - Scheff's Cat

Answer 1

在c++17之前，我们没有if constexpr，所以选择的是if，这意味着不能保证我们的constexpr函数在编译时得到评估，所有这取决于编译器实现。

if语句不是constexpr并不意味着它不能作为constexpr表达式的一部分在编译时进行评估。在您的示例中，在两种情况下都在编译时评估了v，因为它需要是常量表达式。这不是实现定义的。

在c++17之后，如果我们希望constexpr函数在编译时得到评估，则更喜欢使用if constexpr。

引入constexpr if语句是为了解决问题。让constexpr函数在编译时得到评估并不是那个问题。

以下是一个示例，其中需要constexpr if而不是简单的if（取自cppreference）：

template <typename T>
auto get_value(T t) {
    if constexpr(std::is_pointer_v<T>)
        return *t; // deduces return type to int for T = int*
    else
        return t;  // deduces return type to int for T = int
}

尝试移除 constexpr 关键字并观察发生了什么（demo）。

另外，请注意您始终可以使用其他方法来解决该问题，但是 if constexpr 具有简洁性的优势。例如，这是一个使用标签分派的等效 get_value：

template<typename T>
auto get_value_impl(T t, std::true_type) {
    return *t;
}
template<typename T>
auto get_value_impl(T t, std::false_type) {
    return t;
}

template<typename T>
auto get_value(T t) {
    return get_value_impl(t, std::is_pointer<T>{});
}

演示

- Nelfeal

Answer 2

if constexpr和if的区别在于表达式是否总能在编译时执行。在您的示例中，您正在使用模板参数，因此您写哪个并不重要。如果您有以下代码，则可以注意到差异：

constexpr bool is_negative(int n)
{
    if  (n >= 0) return false;
    else  return true; 
}
int main(int argc, char**)
{
    constexpr  bool v = is_negative(1);
    bool b = is_negative(argc);
    return static_cast<int>(v || b);
}

对于上面的代码，写if constexpr是行不通的。因为你可以使用运行时值调用函数。

再次强调，这并不重要，因为两个代码路径都是有效的。当使用常量值调用函数时，正常的编译器优化应该会发挥作用。

if constexpr的真正意义在于只有一条路径有效时：

template <typename T>
constexpr auto get_value(T t) {
    if constexpr(std::is_pointer_v<T>)
        return *t; // deduces return type to int for T = int*
    else
        return t;  // deduces return type to int for T = int
}

如果T是一个int类型，那么使用*t的代码路径无效，因为你不能引用一个int类型。然而，因为使用了if constexpr代替if，所以当涉及到模板参数时，false路径上的代码只需要在语法上正确即可。

作为指南，编译器已经要求：当其中一个代码路径无效时，请使用if constexpr。当依赖于参数时，请使用if。

对于if条件在编译时可以计算出两个有效路径的情况，请使用if constexpr，以便在调试构建中进行优化。如果你想在调试构建中逐步执行，则使用if。

如果你走极端，表达式可能会变得太复杂，以至于编译器在生产构建中无法优化它，在这种情况下，在热路径上再次使用if constexpr可能会有趣。个人而言，我还没有遇到过这种情况，但我也没有用过它太多。

- JVApen