c – constexpr函数中的编译时或运行时检测

当cte 11中引入constexpr时,我很兴奋,但遗憾的是我对其有用性做出了乐观的假设.我假设我们可以在任何地方使用constexpr来捕获文字编译时常量或文字编译时常量的任何constexpr结果,包括这样的事情：

constexpr float MyMin(constexpr float a, constexpr float b) { return a<b?a:b; }

因为仅将函数的返回类型限定为constexpr并不将其使用限制为编译时,并且还必须在运行时可调用,所以我认为这将是确保MyMin只能与编译时计算的常量一起使用的一种方法,这将确保编译器永远不会允许它在运行时执行,让我可以编写另一个更加运行时友好的MyMin版本,理想情况下使用相同名称使用_mm_min_ss内在函数,确保编译器不会生成运行时分支码.不幸的是,函数参数不能是constexpr,所以似乎无法做到这一点,除非这样的事情是可能的：

constexpr float MyMin(float a, float b)
{
#if __IS_COMPILE_TIME__
    return a<b?a:b;
#else
    return _mm_cvtss_f32(_mm_min_ss(_mm_set_ss(a),_mm_set_ss(b)));
#endif
}

我严重怀疑MSVC有这样的东西,但是我希望GCC或者clang至少有一些东西可以实现它,不管它看起来有多么无礼.

当然,我提供的示例非常简单,但是如果你可以运用你的想象力,在很多情况下你可以随意做一些事情,比如在一个你知道只能在编译时执行的函数中广泛使用分支语句,因为如果它在运行时执行,性能会受到影响.

解决方法:

可以检测给定的函数调用表达式是否是常量表达式,从而在两个不同的实现之间进行选择.下面使用的通用lambda需要C 14.

(这个答案在我去年提出的一个问题中得出了this answer from @Yakk).

我不确定我推动标准的程度.这是在clang 3.9上测试的,但是导致g 6.2给出“内部编译器错误”.我将在下周发送一个错误报告(如果没有其他人先做错！)

第一步是将constexpr实现作为constexpr静态方法移动到结构中.更简单地说,您可以保留当前的constexpr,并从新结构的constexpr静态方法中调用它.

struct StaticStruct {
    static constexpr float MyMin_constexpr (float a, float b) {
        return a<b?a:b;
    }
};

另外,定义它(即使它看起来没用！)：

template<int>
using Void = void;

基本思想是Void< i>.要求我是一个恒定的表达.更准确地说,以下lambda仅在某些情况下才会有适当的重载：

auto l = [](auto ty)-> Void<(decltype(ty)::   MyMin_constexpr(1,3)   ,0)>{};
                                              \------------------/
                                               testing if this
                                               expression is a
                                               constant expression.

只有当参数ty是StaticStruct类型并且我们感兴趣的表达式(MyMin_constexpr(1,3))是一个常量表达式时,我们才能调用l.如果我们用非常量参数替换1或3,那么通用lambda l将通过SFINAE丢失方法.

因此,以下两个测试是等效的：

• Is StaticStruct::MyMin_constexpr(1,3) a constant expression?
• Can l be called via l(StaticStruct{})?

简单地从上面的lambda中删除auto ty和decltype(ty)是很诱人的.但这会产生一个硬错误(在非常数情况下),而不是一个很好的替换失败.因此,我们使用auto ty来获取替换失败(我们可以有效地检测)而不是错误.

下一个代码是返回std：true_type的简单方法
 当且仅当f(我们的通用lambda)可以使用(StaticStruct)调用时：

template<typename F,typename A>
constexpr
auto
is_a_constant_expression(F&& f, A&& a)
    -> decltype( ( std::forward<F>(f)(std::forward<A>(a)) , std::true_type{} ) )
{ return {}; }
constexpr
std::false_type is_a_constant_expression(...)
{ return {}; }

接下来,演示它的用途：

int main() {
    {
        auto should_be_true = is_a_constant_expression(
            [](auto ty)-> Void<(decltype(ty)::   MyMin_constexpr(1,3)   ,0)>{}
            , StaticStruct{});
        static_assert( should_be_true ,"");
    }
    {   
        float f = 3; // non-constexpr
        auto should_be_false = is_a_constant_expression(
            [](auto ty)-> Void<(decltype(ty)::   MyMin_constexpr(1,f)   ,0)>{}
            , StaticStruct{});
        static_assert(!should_be_false ,"");
    }
}

要直接解决原始问题,我们可以先定义一个宏来保存重复：

(我没有测试过这个宏,为任何拼写错误道歉.)

#define IS_A_CONSTANT_EXPRESSION( EXPR )                \
     is_a_constant_expression(                          \
         [](auto ty)-> Void<(decltype(ty)::             \
              EXPR                         ,0)>{}       \
         , StaticStruct{})

在这个阶段,也许你可以简单地做：

#define MY_MIN(...)                                            \
    IS_A_CONSTANT_EXPRESSION( MyMin_constexpr(__VA_ARGS__) ) ? \
        StaticStruct :: MyMin_constexpr( __VA_ARGS__ )     :   \
                        MyMin_runtime  ( __VA_ARGS__ )

或者,如果您不信任您的编译器通过？：来优化std :: true_type和std :: false_type,那么可能：

constexpr
float MyMin(std::true_type, float a, float b) { // called if it is a constant expression
    return StaticStruct:: MyMin_constexpr(a,b);
}
float MyMin(std::false_type, float , float ) { // called if NOT a constant expression
    return                MyMin_runtime(a,b);
}

用这个宏代替：

#define MY_MIN(...)                                             \
  MyMin( IS_A_CONSTANT_EXPRESSION(MyMin_constexpr(__VA_ARGS__)) \
       , __VA_ARGS__)

标签：c,c14,compile-time,constexpr,c17
来源： https://codeday.me/bug/20190928/1827239.html