Derleme zamanında bir C dizesinin hesaplama uzunluğu. Bu gerçekten bir konstexpr mi?

Derleme zamanında bir dizgenin uzunluğunu hesaplamaya çalışıyorum. Bunu yapmak için aşağıdaki kodu kullanıyorum:

#include <cstdio>

int constexpr length(const char* str)
{
    return *str ? 1 + length(str + 1) : 0;
}

int main()
{
    printf("%d %d", length("abcd"), length("abcdefgh"));
}

Her şey beklendiği gibi çalışır, program 4 ve 8'i yazdırır. Clang tarafından oluşturulan derleme kodu sonuçların derleme zamanında hesaplandığını gösterir:

0x100000f5e:  leaq   0x35(%rip), %rdi          ; "%d %d"
0x100000f65:  movl   $0x4, %esi
0x100000f6a:  movl   $0x8, %edx
0x100000f6f:  xorl   %eax, %eax
0x100000f71:  callq  0x100000f7a               ; symbol stub for: printf

Sorum: lengthfonksiyonun derleme zamanı değerlendirileceği standart tarafından garanti ediliyor mu?

Bu doğruysa, derleme zamanı dizesi değişmezleri hesaplamaları için kapı az önce açıldı ... örneğin, derleme zamanında hash'leri hesaplayabilirim ve daha pek çok şey ...

Sabit ifadelerin derleme sırasında değerlendirileceği garanti edilmez, yalnızca taslak C ++ standart bölümünden normatif olmayan bir alıntıya sahibiz Yine de şunu söyleyen 5.19 Sabit ifadeler :

[...]> [Not: Sabit ifadeler çeviri sırasında değerlendirilebilir. - son not]

constexprDerleme zamanında değerlendirildiğinden emin olmak için sonucu değişkene atayabilirsiniz, bunu Bjarne Stroustrup'un ( vurgu benim ) yazan C ++ 11 referansından görebiliriz :

İfadeleri derleme zamanında değerlendirebilmenin yanı sıra, ifadelerin derleme zamanında değerlendirilmesini isteyebilmek istiyoruz ; Bir değişken tanımının önünde constexpr bunu yapar (ve const anlamına gelir):

Örneğin:

constexpr int len1 = length("abcd") ;

Bjarne Stroustrup, bu isocpp blog girişinde derleme zamanı değerlendirmesini ne zaman sağlayabileceğimizin bir özetini veriyor ve şöyle diyor:

[...] Doğru cevap - Herb tarafından belirtildiği gibi - standarda göre bir constexpr fonksiyonunun sabit bir ifade olarak kullanılmadığı sürece derleyici zamanında veya çalışma zamanında değerlendirilebileceğidir, bu durumda derleme sırasında değerlendirilmesi gerekir -zaman. Derleme zamanı değerlendirmesini garanti etmek için, onu sabit bir ifadenin gerekli olduğu yerlerde (örneğin, bir dizi bağlı veya bir durum etiketi olarak) kullanmalı veya bir constexpr'i başlatmak için kullanmalıyız. Kendine saygı duyan hiçbir derleyicinin, başlangıçta söylediğim şeyi yapmak için optimizasyon fırsatını kaçırmayacağını umuyorum: "Bir constexpr işlevi, tüm argümanları sabit ifadelerse, derleme zamanında değerlendirilir."

Dolayısıyla bu, derleme zamanında değerlendirilmesi gereken iki durumu özetlemektedir:

1. Bunu sabit bir ifadenin gerekli olduğu yerlerde kullanın , bu, bir dizi bağlama gibi tümcecik shall be ... converted constant expressionveya shall be ... constant expressionkullanılan draft standardında herhangi bir yer gibi görünür.
2. constexprYukarıda özetlediğim gibi a'yı başlatmak için kullanın .

Bir constexprişleve yapılan bir çağrının temel bir sabit ifadeyle mi sonuçlandığını yoksa yalnızca optimize edildiğini bulmak gerçekten çok kolay :

Sabit bir ifadenin gerekli olduğu bir bağlamda kullanın.

int main()
{
    constexpr int test_const = length("abcd");
    std::array<char,length("abcdefgh")> test_const2;
}

Sadece bir not, modern derleyicilerin (gcc-4.x gibi) strlenderleme zamanında dizgi değişmezleri için yaptıkları , çünkü normalde içsel bir işlev olarak tanımlanır . Hiçbir optimizasyon etkinleştirilmeden. Sonuç bir derleme zamanı sabiti olmamasına rağmen.

Örneğin:

printf("%zu\n", strlen("abc"));

Sonuçlar:

movl    $3, %esi    # strlen("abc")
movl    $.LC0, %edi # "%zu\n"
movl    $0, %eax
call    printf

Tekrarlamalı olmadan derleme zamanında bir dizgenin uzunluğunu hesaplayan başka bir işlev önermeme izin verin.

template< size_t N >
constexpr size_t length( char const (&)[N] )
{
  return N-1;
}

İdeone'da bu örnek koda bir göz atın .

constexprHerhangi bir makul derleyici bunu uygun optimizasyon düzeyleri etkinleştirildiğinde gerçekleştirecek olsa da , bir işlevin derleme zamanında değerlendirileceğinin garantisi yoktur . Öte yandan, şablon parametreleri gerekir derleme zamanında değerlendirilmelidir.

Derleme zamanında değerlendirmeyi zorlamak için aşağıdaki numarayı kullandım. Maalesef yalnızca integral değerlerle çalışır (yani kayan nokta değerleriyle değil).

template<typename T, T V>
struct static_eval
{
  static constexpr T value = V;
};

Şimdi yazarsan

if (static_eval<int, length("hello, world")>::value > 7) { ... }

ifdeyimin çalışma zamanı ek yükü olmayan bir derleme zamanı sabiti olduğundan emin olabilirsiniz .

Wikipedia'nın Genelleştirilmiş sabit ifadeler hakkındaki girişinden kısa bir açıklama :

Bir işlev üzerinde constexpr kullanımı, bu işlevin yapabileceklerine bazı sınırlamalar getirir. İlk olarak, işlevin geçersiz olmayan bir dönüş türüne sahip olması gerekir. İkinci olarak, işlev gövdesi değişkenleri bildiremez veya yeni türler tanımlayamaz. Üçüncüsü, gövde yalnızca bildirimler, boş ifadeler ve tek bir dönüş ifadesi içerebilir. Bağımsız değişken değiştirmeden sonra, dönüş ifadesindeki ifadenin sabit bir ifade oluşturması için bağımsız değişken değerleri olmalıdır.

constexprAnahtar kelimenin bir işlev tanımından önce olması, derleyiciye bu sınırlamaların karşılanıp karşılanmadığını kontrol etmesini sağlar. Evetse ve işlev bir sabitle çağrılırsa, döndürülen değerin sabit olması garanti edilir ve bu nedenle sabit bir ifadenin gerekli olduğu her yerde kullanılabilir.