使用 constexpr 编译时间哈希

Question

我在一本用于在编译时创建 SDBM 哈希的书中找到了这个示例/类。不幸的是，它不能编译（c++11 和 c++14 都没有）。我收到error: call to non-constexpr function。我已经尝试了一点，但我似乎无法完成这项工作。所以这是我的问题：

1. 为什么它不起作用，如何解决？ （对不起，我知道这是一个笼统的问题，但至少对于一个非常具体的案例来说）

供您测试的完整（不工作）示例：

#include <iostream>

template <int stringLength>
struct SDBMCalculator
{
    static inline int Calculate(const char* const stringToHash, int& value)
    {
            int character = SDBMCalculator<stringLength - 1>::Calculate(stringToHash, value);
            value = character + (value << 6) + (value << 16) - value;
            std::cout << static_cast<char>(character) << std::endl << value << std::endl << std::endl;
            return stringToHash[stringLength - 1];
    }

    static inline int CalculateValue(const char* const stringToHash)
    {
            int value = 0;
            int character = SDBMCalculator<stringLength>::Calculate(stringToHash, value);
            value = character + (value << 6) + (value << 16) - value;
            std::cout << static_cast<char>(character) << std::endl << value << std::endl << std::endl;
            return value;
    }
};

template <>
struct SDBMCalculator<1>
{
    static inline int Calculate(const char* const stringToHash, int& value)
    {
            return stringToHash[0];
    }
};


int main()
{
  constexpr int eventID = SDBMCalculator<5>::CalculateValue("Hello");
  std::cout << eventID << std::endl;
}

非常感谢您的时间和精力！

Answer 1

正如http://en.cppreference.com 所说：

constexpr 变量必须满足以下要求：

其初始化的完整表达式，包括所有隐式转换、构造函数调用等，必须是常量表达式

在赋值表达式内：

constexpr int eventID = SDBMCalculator<5>::CalculateValue("Hello");

我们使用没有用 constexpr 标记的CalculateValue。

那么我们有两个选择：

• 只需将constexpr 更改为const

• 或者尝试使CalculateValue成为constexpr函数

因为第一个真的很无聊，让我们专注于第二个更好 了解常量表达式的工作原理！

所以我们首先将CalculateValue 标记为constexpr

static constexpr inline int CalculateValue(const char* const stringToHash)

现在CalculateValue 必须只调用constexpr 函数。 所以我们也必须把Calculate 变成constexpr。

static constexpr inline int Calculate(const char* const stringToHash, int& value)

这会引发很多编译器错误。

幸运的是，我们可以注意到将流放入 constexpr 并不是一件好事，因为对流的操作没有用 constexpr 标记。 （operator<< 就像一个普通函数，它不是 constexpr ）。

所以让我们从那里删除std::cout！

嗯，差不多了。 我们还必须在SDBMCalculator<1> 中也将Calculate 设为constexpr，因为它可能被两个计算函数调用。

最终代码如下所示：

#include <iostream>

template <int stringLength>
struct SDBMCalculator
{
    static constexpr inline int Calculate(const char* const stringToHash, int& value)
    {
            int character = SDBMCalculator<stringLength - 1>::Calculate(stringToHash, value);
            value = character + (value << 6) + (value << 16) - value;
            return stringToHash[stringLength - 1];
    }

    static constexpr inline int CalculateValue(const char* const stringToHash)
    {
            int value = 0;
            int character = SDBMCalculator<stringLength>::Calculate(stringToHash, value);
            value = character + (value << 6) + (value << 16) - value;
            return value;
    }
};

template <>
struct SDBMCalculator<1>
{
    static constexpr inline int Calculate(const char* const stringToHash, int& value)
    {
            return stringToHash[0];
    }
};


int main()
{
  constexpr int eventID = SDBMCalculator<5>::CalculateValue("Hello");
  std::cout << eventID << std::endl;
}

当然它不会编译！ 我们得到：

错误：移位表达式 '(4723229

值=字符+（值

这是因为编译器不希望在常量表达式中出现溢出。

我们可以在编译代码时添加-fpermissive标志不安全地忽略这个错误。

g++ example.cpp -o example.exe -fpermissive

现在它编译并且工作得很好！ 常量表达式修饰符使编译器在编译时计算哈希。

这很好，因为我们不会为此浪费运行时资源，但如果您使用大量此类模板和 constexpr 并让编译器计算所有这些，编译速度会非常慢！

我希望你现在更好地理解constexpr 的行为:)

Answer 2

阅读错误消息：在计算 constexpr 值时，您正在调用非 constexpr 函数。你试过解决这个问题吗？

当您将所有相关函数设为constexpr 时，您会收到一些需要注意的额外错误。一些备注：

• 确保使用-std=c++14 进行编译。 C++11 还不够好。
• 从 SDBMCalculator 函数中删除对 std::cout 的所有操作 - 这些操作在编译时是不允许的

• 在所有相关计算中将int 更改为unsigned int。当 int 类型的左移溢出时，您会得到未定义的行为。无符号类型的左移是对其最大值+1 取模计算的。

  error: shift expression ‘(4723229 << 16)’ overflows
  constexpr int eventID = SDBMCalculator<5>::CalculateValue("Hello")
  

通过上述所有修复，您的代码将正常工作。我得到了结果：

2873473298