编译时未知的 constexpr 函数参数 booleans C++答案

【问题标题】：constexpr function params for not known at compile time booleans C++编译时未知的 constexpr 函数参数 booleans C++
【发布时间】：2021-10-24 10:48:58
【问题描述】：

我需要运行一个带有 N 个布尔变量的函数，我想让它们成为 constexpr 以消除比较并保存代码免受分支预测失败的影响。

我的意思是：

templateFunc<b1, b2, b3, b4 ...>(args...);

由于 b1..bn 变量只是布尔变量并且可能只有 2 个状态，我可以这样写：

if (b1 && b2)
  templateFunc<true, true>(args...);
else if (b1 && !b2)
  templateFunc<true, false>(args...);
else if (!b1 && b2)
  templateFunc<false, true>(args...);
else
  templateFunc<false, false>(args...);

问题很明显，我需要对 5 个变量进行 64 次调用。有什么解决方案吗？

【问题讨论】：

布尔值当前不是constexpr？如果不是，这种方法只是将比较移到其他地方 - 不会消除分支预测失败。顺便说一句，您测量到这是您代码中的瓶颈吗？
不，不幸的是，它们在编译时并不为人所知。是的，这就是瓶颈，一个预计会经历数百万次迭代并被频繁调用的循环
在这种情况下，您只是将比较移出run，这仅在您对每个run 进行多次比较时才有用。好吧，如果您启用优化，编译器可以将独立检查移出循环或通过调用传播常量。
你能告诉我具体有哪些优化吗？我启用了矢量化（不是这里的情况吗？）和-O3。为 constexpr 和 just if() 运行代码，差异为 100 倍。一个调用使用模板而另一个不使用的完全相同的代码。
这不是一个公平的比较，对吧？没有优化可以消除依赖于运行时值的比较，但如果它不依赖于它，它可以将它移出循环。但不确定 Arduino 编译器的特定标志。

标签： c++ templates variadic-templates constexpr branch-prediction

【解决方案1】：

使用std::variant (C++17)，您可以通过std::visit 进行动态调度：

// helper
std::variant<std::false_type, std::true_type> to_boolean_type(bool b)
{
    if (b) return std::true_type{};
    return std::false_type{};
}

然后

std::visit([&](auto... bs){templateFunc<bs...>(args...);},
           to_boolean_type(b1), to_boolean_type(b2));

Demo

【讨论】：

这实际上是否使生成的 asm 更高效，或者这只是让编译器用更少的源代码为您发明分支？它必须以某种方式分支以调用模板的不同版本（或跳转到它们的内联版本），但可能使用跳转表而不是分支树，这可能会或可能不会得到更好的优化。
它确实有效。我检查了汇编代码，它有 8 个不同的函数，具有 3 个布尔变量的函数的预期返回值。（所有 if 语句都是 constexpr，所以即使在编译时也有意义）
@PeterCordes：分支可以发生在循环之外，例如 for (auto e : v) { if (cond) { foo(e); } else { bar(e); }} 与 if (cond) {for (auto e : v) { foo(e); } } else { for (auto e : v) { bar(e); } } （而我的示例可能会通过一些优化正常转换，类似的代码可能更难为编译器优化）。
对，我第一次误解了这个问题。我认为它希望消除 all 分支，而不是仅仅保存键入而不是手动分派到函数/循环的 2^5 个版本之一（手动将分支提升出循环）。所以这相当于你想要的，希望没有额外的开销。条件分支树与循环外的一个间接分支如果很短可能仍然很重要，但主要目标仍在实现中。