if vs if constexpr inside constexpr 函数答案

【问题标题】：if vs if constexpr inside constexpr functionif vs if constexpr inside constexpr 函数
【发布时间】：2018-12-17 06:20:33
【问题描述】：

最近我在我的 constexpr 函数中将一些 if constexpr 修改为 if ，发现它们仍然可以正常工作并且可以在编译时进行评估。这是一个最小的情况：

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

live demo

在上述情况下，N 必须在编译时知道，因为它是非类型模板参数，所以 if constexpr 在这里可以正常工作。但是，它是一个 constexpr 函数，因此，iirc，即使我将 if constexpr 替换为 if，也可能获得返回值：

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

live demo

来自cppref，A constexpr function must satisfy the following requirements: 中的所有要求均未提及if。因此，IIUC，即使所有相关变量在编译时已知（如上面的is_negative）， constexpr 函数是否包含要在编译时评估的 if 也应该是实现定义的行为。

所以，我的结论是：

在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函数在编译时就被求值，都依赖于编译器实现李>
在 c++17 之后，如果我们希望在编译时评估 constexpr 函数，则首选 if constexpr。

以上都是我的个人想法，可能有一些重要的遗漏/误解，请随时纠正我。问题仍然没有改变：if 和 if constexpr，对于预期在编译时进行评估的 constexpr 函数应该首选。

参考： - What is Allowed in a constexpr Function? - Difference between "if constexpr()" Vs "if()"

【问题讨论】：

常量的评估一直是编译时评估。例如。使用模板is_negative() 和13 会产生条件13 >= 0，编译器会将其解析为1（也没有constexpr）。现代编译器优化了整个条件，但我不知道这是否是强制性的，如果是的话，从哪个版本的标准开始。顺便提一句。 if (N >= 0) return true; else return false;：为什么不return N >= 0;？还是因为minimal reproducible example 的简化？
哎呀，我的错，这是糟糕的风格。我应该发布一个更好的示例...
好的，没问题。（您也可以说这是由于 MCVE 造成的。这些事情可能看起来有点愚蠢，但只是为了“展示原理”。恕我直言，如果这样说是可以接受的。）;-)
@Scheff 我发现我只是告诉一个操作员这是很棒的风格 2 个月前stackoverflow.com/a/52826880/6949852XD
我和@Nelfeal 在一起。具有常量的算术或关系操作再次产生常量（编译时评估）。我试图找到相应的。参与 Constant expressions 但失败了，直到我意识到 核心常量表达式 被表达为“反向”，即它们列出了任何内容以使表达式 not 成为核心常量表达式。我需要一点才能意识到这一点...... ;-)

标签： c++ constexpr compile-time if-constexpr

【解决方案1】：

在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函数在编译时就被求值，全依赖编译器实现

if 语句不是 constexpr 的事实并不意味着它不能在编译时作为 constexpr 表达式的一部分进行计算。在您的示例中，v 在两种情况下都在编译时进行评估，因为它必须是：它是一个常量表达式。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，则首选 constexpr。

Consexpr if 语句被引入来解决问题。让 constexpr 函数在编译时得到评估不是问题。

这是一个需要constexpr if 而不是简单的if 的示例（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
}

尝试删除 constexpr 关键字，看看会发生什么 (demo)。

另外，请注意，您始终可以使用其他方法解决该问题，但if constexpr 具有简洁的优势。例如，这是一个使用标签调度的等效 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>{});
}

Demo

【讨论】：

【解决方案2】：

if constexpr 和 if 的区别在于表达式是否总是可以在编译时执行。在您的示例中，您使用的是模板参数，因此您编写哪个并不重要。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。因为您可以使用运行时值调用该函数。

同样，这并不重要，因为两个代码路径都有效。当使用具有常量值的函数时，应该启动正常的编译器优化。

if constexpr 真正感兴趣的是只有一条路径有效：

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 int，则带有 *t 的代码路径无效，因为您无法取消引用 int。但是，因为使用if constexpr 而不是if，所以假路径中的代码仅在依赖于模板参数时才需要语法正确。

当您搜索指南时，编译器已经要求：当代码路径之一无效时使用if constexpr。取决于参数时使用if。

对于 if 条件在编译时可通过 2 个有效路径计算的情况，使用 if constexpr 要求即使在调试版本中也对其进行优化，如果您想在调试版本中逐步执行它，请使用 if .

如果你走极端，表达式可能会变得过于复杂，编译器无法在生产构建中对其进行优化，在这种情况下，if constexpr 在热路径中可能再次变得有趣。就个人而言，我还没有遇到过这种情况，但是我没有用过那么多。

【讨论】：