C++ constexpr 函数总是在编译时评估？答案

【问题标题】：C++ constexpr function always evaluated at compile time?C++ constexpr 函数总是在编译时评估？
【发布时间】：2021-02-13 07:49:46
【问题描述】：

如果我想要一个行为与宏相同的函数，即在编译时计算值，我可以使用 constexpr 函数吗？

例如，我是否可以用 foo 函数替换 Foo 宏，并且在以下所有情况下仍然有编译时评估结果：

#define FOO(x) (x + 2)

constexpr int foo(int x) {
    return x + 2;
}

void doSomething(int a) { ... }

int main() {
    int res1 = foo(3);
    doSomething(foo(4));
    const int res2 = foo(5);
    return 0;
}

【问题讨论】：

这能回答你的问题吗？ When does a constexpr function get evaluated at compile time?
这也很有用：stackoverflow.com/q/63637443/1896169

标签： c++ constexpr

【解决方案1】：

使用 C++20，consteval 可能是您的朋友：

consteval int foo(int x) {
    return x + 2;
}

int main() {
    constexpr int r = foo(2);
}

【讨论】：

【解决方案2】：

constexpr 函数本身不需要在编译时进行评估。但是，您可以通过将返回值分配给 constexpr 变量来强制对它们进行评估：

doSomething(foo(4)); // foo(4) not guaranteed to be evaluated at compile time
constexpr auto result = foo(4); // foo(4) _is_ guaranteed to be evaluated at compile time
doSomething(result):

另外，关于您关于宏的问题的说明。宏定义与编译时评估无关。它更类似于始终内联函数。

【讨论】：

其实第一个是保证在运行时被求值的。
@cigien 是否以某种方式免于 as-if 规则？
@HolyBlackCat 不，程序必须仍然表现如同调用被不断评估。我会试着写一个答案。
@cigien - 你是指doSomething(foo(4)) 中的foo() 调用吗？你确定吗？

【解决方案3】：

仅使用 C++ 本身无法检测是否在运行时或编译时对某些内容进行了评估，因此as-if rule 允许编译器为所欲为。

没有什么能阻止编译器在运行时在你的宏中执行加法，也没有什么能阻止它在编译时计算即使是非constexpr 函数（只要它不执行任何 IO 等）。这完全取决于优化设置和编译器的健全性。

通常，在未优化的构建中，constexpr 函数在运行时执行，除非在需要编译时常量的上下文中使用返回值。这包括从中初始化一个constexpr 变量，并且您的const int res2 隐式变为constexpr，因为它的初始化程序是constexpr，所以foo(5) 应该在编译时调用。

在优化的构建中，您可以期望编译器在编译时做尽可能多的事情。（函数甚至没有constexpr，只要函数体在当前翻译单元中可见，或者启用了链接时优化。）

【讨论】：