C++ - 删除编译时分支是否会在运行时删除分支？答案

【问题标题】：C++ - does removing compile time branches remove branching during runtime?C++ - 删除编译时分支是否会在运行时删除分支？
【发布时间】：2022-01-23 17:28:59
【问题描述】：

如果此处的任何术语有误，我们深表歉意。我想要理解的是——C++20 中的模板元编程和 SFINAE/概念等技术可以在编译时计算和删除分支。我似乎找不到答案的是，这是否在运行时保持无分支和/或是否比 if-else 块更快地根据重载/特殊情况找到要调用的函数？

我正在考虑的应用程序是自动交易。假设从交易所收到一条新消息，它是一个“买入”订单。处理这个问题的一种方法是一个简单的 if-else 语句，它检查它是否是一个买单并运行相应的函数来处理一个买单消息。相反，到目前为止，我对替代解决方案的理解是，可以使用多个模板函数重载来决定调用哪个函数，其中所选函数是其模板参数/要求与传入类型/类最匹配或完全满足的函数.

下面的伪代码。

选项 1 - 分支 if 语句：

if (order.side == "buy") { /*handle buy message*/ }
else { /*handle sell message*/ }

选项 2 - 函数重载

template<class Order>
//some code (SFINAE/concepts/requires) that means this function will only be chosen if the class Order
//contains a member variable "buy" e.g. Order::buy is present or Order::buy = true;
void process_order() { /*handle buy message*/ }

template<class Order>
//some code (SFINAE/concepts/requires) that means this function will only be chosen if the class Order
//contains a member variable "sell" e.g. Order::sell is present or Order::sell = true;
void process_order() { /*handle sell message*/ }

我想知道的是，在运行时，选项 1 总是会产生一个分支。选项 2 是无分支的，但直观地感觉在运行时会产生一些开销，因为每次都必须搜索多个函数重载并找到最合适的，因为买卖订单是随机到达的。所以我的问题是 - 这种开销是否真的存在，或者有一个巧妙的技巧被使用/发生了一些不同的事情？如果它确实存在，它是否仍然比分支快？如果是，为什么 - 考虑到仍然必须使用某些逻辑来搜索适用的功能？是不是选项 2 在运行时更快/无分支，因为编译器可以根据出现的类硬连线将采用的路径，因此当该类呈现给程序时，它确切知道要加载哪组指令？任何见解将不胜感激:)

【问题讨论】：

选项 2 首先不起作用。重载解析和模板推导是纯粹的编译时概念。它们绝不会受到运行时值的影响。在生成的代码中，对所选重载始终只有一个函数调用。
如果你必须在运行时确定类型，你总会有一个分支/跳转。重载解析发生在编译时。
"考虑到仍然必须使用一些逻辑来搜索适用的功能？"正确的。无论您是否必须在运行时分支，都没有“魔法”（好吧，分支预测有点神奇，但那是在 cpu 级别）
模板、SFINAE 和概念是编译时概念。然而，这并不意味着他们可以神奇地将运行时分支转变为编译时分支。相反，当您可以在编译时做出决定时，您可以使用这些技术。

标签： c++ branch c++20 template-meta-programming sfinae

【解决方案1】：

决定你想要什么。

在选项 2 中阅读您的 cmets

//some code (SFINAE/concepts/requires) that means this function will only be chosen if the class Order
//contains a member variable "buy" e.g. Order::buy is present or Order::buy = true;

重点是“Order::buy is present or Order::buy = true”。

是完全不同的条件

“Order::buy is present”是一个已知编译时间的条件，所以你可以写成（注意：代码未测试）

template <typename Order>
auto process_order () -> decltype(decltype(Order::buy), void())
 { /*handle buy message*/ }

template <typename Order>
auto process_order () -> decltype(decltype(Order::sell), void())
 { /*handle sell message*/ }

并且分支是一次性的，编译时。

条件“Order::buy == true”（或者可能是o.buy == true，其中o 是Order 类型的对象）只有在buy 值是编译时知道的情况下才能确定编译时间，所以如果是一个constexpr 值。否则，如果只知道运行时，则选项 2 不可用。

【讨论】：