constexpr 和模板编译时间？答案

【问题标题】：constexpr and template compile time?constexpr 和模板编译时间？
【发布时间】：2022-01-19 19:21:19
【问题描述】：

我有几个问题！我对模板和 constexpr 及其区别感到困惑。

我知道模板是在编译时实例化的，它们是在编译时执行还是仅在运行时执行？有没有我可以一起使用它们来获得一些好处的例子？

如果我们有一个像本例中那样带有 constexpr 的模板会发生什么。

template <typename T>
constexpr T get_sum(T a, T b)
{
    return a+b;
}

int main()
{
    constexpr int a = get_sum(2,3); // compile time?
    const float b = get_sum(2.2,3.2); // compile time?
    float c = get_sum(2.2,3.2); // run time?
}

【问题讨论】：

标签： c++ templates constexpr

【解决方案1】：

您的get_sum 是一个函数模板。 get_sum<int> 是一个几乎与任何其他函数一样的函数。不要对模板参数推导感到困惑，这确实发生在编译时。不扣除您的main 与以下内容完全相同：

constexpr int a=get_sum<int>(2,3);
const float b=get_sum<double>(2.2,3.2);
float c=get_sum<double>(2.2,3.2);

简而言之，模板会在需要时由编译器实例化。一旦编译器合成了一个函数，例如get_sum<int>，这是一个和其他函数一样的函数，并且该函数是否为constexpr与它是否是实例化模板的结果是正交的。

函数上的

constexpr 告诉编译器该函数可以在编译时进行评估。当在 constexpr 上下文中调用时，编译器必须在编译时对其进行评估。例如constexpr int a 在编译时初始化。 const float 可能已经被编译器初始化。即使是（非常量）float 也可能被编译器完全优化掉。只要程序的可观察行为相同（实际上没有使用您的 3 个变量），就没有什么可以阻止编译器优化某些东西。

Ergo:

int main()
{
    constexpr int a=get_sum(2,3);    // get_sum<int> must be called at compile time
    const float b=get_sum(2.2,3.2);  // get_sum<double> is likely to be called at compile time
    float c=get_sum(2.2,3.2);        // get_sum<double> might be called at compile time or runtime
                                     // or not at all, because the call does not 
                                     // contribute to observable behavior
}

TL;DR

函数是否为函数模板的实例化与函数是否为constexpr是正交的。

【讨论】：

【解决方案2】：

对于 constexpr，还有 static_assert。 constexpr 可以在编译时和运行时使用。（C++20 有 consteval，只允许编译时求值）。

#include <cassert>

template<typename type_t>
constexpr auto sum(const type_t& value1, const type_t& value2)
{
    return value1 + value2;
}

int main()
{
    constexpr auto constexpr_value = sum(1, 2); // <== compile time
    static_assert(constexpr_value == 3); // <== compile time validation

    // or shorter
    static_assert(sum(1, 2) == 3); // <== compile time evaluation

    // constexpr's also can compile to runtime versions
    
    auto value = sum(2, 3); // <== runtime evaluation
    assert(value == 5);

    return 0;
}

【讨论】：