是否可以在编译时初始化数组，以便在运行时不需要时间？答案

【问题标题】：Is it possible to initialize an array at compile-time so it doesn't take time at run-time?是否可以在编译时初始化数组，以便在运行时不需要时间？
【发布时间】：2020-11-02 12:51:11
【问题描述】：

例如，如果我想创建多达 200 万个 Eratosthenes 筛，则在运行时将需要一些时间。有没有办法通过使用元编程来减少运行时间？

筛子代码（将 std::bitset 初始化为 const MILLION）：

void initCiur(std::bitset<MILLION> &c)
{
    c[0] = c[1] = 1;
    for (int i=4; i <= MILLION; i+=2)
        c[i] = 1;
    for (int i=3; i*i <= MILLION; i+=2)
        if (!c[i])
            for (int j=3*i; j <= MILLION; j+=2*i)
                c[j] = 1;
}

【问题讨论】：

将constexpr 用于initCiur 函数？

标签： c++ runtime metaprogramming compile-time

【解决方案1】：

有没有办法通过使用元编程来减少运行时间？

当然可以。我对“metaprogramming”的理解非常广泛，就像任何生成代码的程序（不仅仅是聪明的 C++ 模板）一样。

在大多数C++ implementations 上（例如，如果在某些GNU/Linux 操作系统上使用一些最新的GCC 编译器），C++ translation unit 实际上是textual file。另请阅读 C++11 标准 n3337。

所以只需在构建时配置您的build automation 工具（例如GNU make 或ninja）以生成（可能使用Python 或Guile 脚本，或者您的C++ 元程序) 一些 C++ 文件，或者一些在其他地方是 #include-d 的文件。或者写你的GCC plugin这样做。

顺便说一句，这个想法并不新鲜：ANTLR 和 GNU bison 或 Qt 或 SWIG 这样做（最近的 GCC 编译器 - 例如 GCC 10 - 有十几个专门的 C++ 代码生成器）。而我废弃的项目GCC MELT 也这样做了。 RefPerSys 和 bismon 也是如此（对于哈希表中有用的素数，这两个都是我开始的项目）。 primes_rps.cc file 的部分内容是机器生成的（参见其中的 cmets）。

在某些情况下，聪明的optimizing compiler 可以优化constexpr 的东西。请注意Rice's theorem，它指出并非总是可以巧妙地优化。另请参阅this draft 报告。

您也可能对代码生成库感兴趣，例如 asmjit 或 libgccjit，或在运行时生成 plugins（在 Linux 上，您将使用 dlopen(3) 和 dlsym(3)，但请先阅读 @ 987654352@ 然后how to write shared libraries)。

PS。对于其他操作系统（例如 Windows）和 C++ 编译器，情况可能会有所不同，但上述大多数想法都是可重用的。阅读 C++ compiler 和 operating system 的文档。在cross-compiling 方法中，您可能需要更多技巧。

【讨论】：