Consexpr 与模板元编程 - 性能差异

Question

我可以看到 constexpr 正在赢得越来越多的领域，而使用它而不是模板元编程 (TMP) 的论据之一是性能。我的问题是：

1. 有没有这方面的性能比较示例？

2. 如果 TMP 更好，为什么不将 TMP 替换为 constexpr？

TMP 保证它在编译时运行，但也可以使用 constexpr 来完成。 constexpr 处理浮点数，而 TMP 不处理，对于我见过的所有示例，替换 TMP 的 constexpr 函数更容易阅读和使用更少的代码行。 constexpr 也允许条件和循环，而 TMP 只处理循环的递归“模拟”。

我之前在这里 (link) 询问过一个相关问题 - 我有 3 种不同的元编程方式 - 这里首选 constexpr 函数方式..

Answer 1

constexpr 函数通常更具可读性，因为它们是常规函数。

注意它可以在运行时使用，即使带有编译时间常量参数（在调用站点）。

constexpr int f(int n) { /*...*/ }

constexpr int f5 = f(5); // Compile time.
int f4 = f(4); // Runtime time (compiler can optimize as for non-constexpr functions though)

对于运行时性能，在常量表达式中使用时也有类似的情况，因为一切都是在编译时完成的。

对于编译时性能，TMP 的问题是实例化的数量，而constexpr 函数（带有常规参数）通常使用较少的实例化，因此 TMP 通常会使编译时间更长。

但是，如果需要记忆（如递归实现的斐波那契）

constexpr std::size_t fibonacci(std::size_t n)
{
    if (n < 2) return 1;
    return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}

template <std::size_t N> struct Fibonacci
{
    constexpr std::size_t value = Fibonacci<N - 2>::value + Fibonacci<N - 1>::value;
};
template <> struct Fibonacci<0>
{
    constexpr std::size_t value = 1;
};
template <> struct Fibonacci<1>
{
    constexpr std::size_t value = 1;
};

TMP 应该重用实例化，而 constexpr 函数可能每次都重新计算它。在这种情况下，TMP 将编译得更快。

如果 TMP 更好，为什么不将 TMP 替换为 constexpr？

首先，我们不会放弃使用的 TMP，以实现复古兼容性。

那么，TMP 一般更适应返回类型或几种类型。

template <typename T> struct add_pointer
{
    using type = T*;
};

using int_ptr = add_pointer<int>::type;

而 constexpr 需要 decltype 和/或 std::declval

template <typename T> struct Tag { using type = T; };
constexpr Tag<T*> add_pointer(Tag<T>) {return {}; }

using int_ptr = decltype(add_pointer(Tag<int>{})::type;