从捕获 constexpr 函数返回值的变量中删除 constexpr 会删除编译时评估

Question

考虑下面的constexpr函数static_strcmp，它使用了C++17的constexprchar_traits::compare函数：

#include <string>

constexpr bool static_strcmp(char const *a, char const *b) 
{
    return std::char_traits<char>::compare(a, b,
        std::char_traits<char>::length(a)) == 0;
}

int main() 
{
    constexpr const char *a = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    constexpr const char *b = "abc";

    constexpr bool result = static_strcmp(a, b);

    return result;
}

godbolt 表明这是在编译时评估的，并优化为：

main:
    xor     eax, eax
    ret

从bool result 中删除constexpr：

如果我们从constexpr bool result 中删除constexpr，现在调用将不再优化。

#include <string>

constexpr bool static_strcmp(char const *a, char const *b) 
{
    return std::char_traits<char>::compare(a, b,
        std::char_traits<char>::length(a)) == 0;
}

int main() 
{
    constexpr const char *a = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    constexpr const char *b = "abc";

    bool result = static_strcmp(a, b);            // <-- note no constexpr

    return result;
}

godbolt 表示我们现在调用memcmp：

.LC0:
    .string "abc"
.LC1:
    .string "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
main:
    sub     rsp, 8
    mov     edx, 26
    mov     esi, OFFSET FLAT:.LC0
    mov     edi, OFFSET FLAT:.LC1
    call    memcmp
    test    eax, eax
    sete    al
    add     rsp, 8
    movzx   eax, al
    ret

添加短路length检查：

如果我们首先比较char_traits::length 中static_strcmp 中的两个参数之前 调用char_traits::compare，没有 constexpr 上bool result，调用是再次优化。

#include <string>

constexpr bool static_strcmp(char const *a, char const *b) 
{
    return 
        std::char_traits<char>::length(a) == std::char_traits<char>::length(b) 
        && std::char_traits<char>::compare(a, b, 
             std::char_traits<char>::length(a)) == 0;
}

int main() 
{
    constexpr const char *a = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    constexpr const char *b = "abc";

    bool result = static_strcmp(a, b);            // <-- note still no constexpr!

    return result;
}

godbolt 表明我们又回到了正在优化的呼叫：

main:
    xor     eax, eax
    ret

• 为什么从对 static_strcmp 的初始调用中删除 constexpr 会导致持续评估失败？
• 显然，即使没有 constexpr，对char_traits::length 的调用也是在编译时评估的，那么为什么在static_strcmp 的第一个版本中没有constexpr 的行为不一样呢？李>

Answer 1

我们有三个工作案例：

1) 需要计算值来初始化 constexpr 值或严格要求编译时已知值（非类型模板参数、C 样式数组的大小、@987654322 中的测试@, ...)

2) constexpr 函数使用编译时未知的值（例如：从标准输入接收的值。

3) constexpr 函数接收编译时已知的值，但结果出现在编译时不需要的地方。

如果我们忽略 as-if 规则，我们有：

• 如果 (1) 编译器必须计算值 compile-time 因为计算的值需要 compile-time

• 如果 (2) 编译器必须在运行时计算值，因为不可能在编译时计算它

1234563在这种情况下，编译器可以选择是计算编译时还是运行时。

带有初始代码

constexpr bool result = static_strcmp(a, b);

在情况 (1) 中：编译器必须计算编译时间，因为 result 变量声明为 constexpr。

删除constexpr，

bool result = static_strcmp(a, b); // no more constexpr

您的代码在灰色区域（案例 (3)）中进行转换，其中编译时计算是可能的，但并非严格要求，因为输入值是已知的编译时间（a 和 b）但结果 转到不需要编译时值的地方（普通变量）。所以编译器可以选择，在你的情况下，选择使用函数版本的运行时计算，使用另一个版本的编译时计算。

Answer 2

请注意，标准中没有任何内容明确要求在编译时调用constexpr 函数，请参阅最新草案中的 9.1.5.7：

调用 constexpr 函数产生的结果与调用 在所有方面的等效非 constexpr 函数，除了 (7.1) 对 constexpr 函数的调用可以出现在常量表达式中，并且 (7.2) 常量表达式中不执行复制省略 ([class.copy.elision])。

（强调我的）

现在，当调用出现在常量表达式中时，编译器无法避免在编译时运行该函数，因此它尽职尽责。如果没有（如在您的第二个 sn-p 中），则只是缺少优化的一种情况。这里不缺人。

Answer 3

您的程序具有未定义的行为，因为您总是比较 strlen(a) 字符。字符串b 没有那么多字符。

如果您将字符串修改为相等长度（因此您的程序变得明确），您的程序将是 optimised，正如您所期望的那样。

所以这不是错过的优化。编译器会优化你的程序，但是因为它包含未定义的行为，所以它不会优化它。

---

注意，它是否是未定义的行为，不是很清楚。考虑到编译器使用memcmp，它认为两个输入字符串必须至少为strlen(a) long。所以根据编译器的行为，是未定义的行为。

以下是当前标准草案中关于比较的内容：

返回：如果对于 [0, n) 中的每个 i，X::eq(p[i],q[i]) 为 true，则为 0；否则，如果对于 [0, n) 中的某个 j，X::lt(p[j],q[j]) 为 true 并且对于 [0, j) X::eq 中的每个 i，则为负值(p[i],q[i]) 是true；否则为正值。

现在，没有指定compare是否允许读取p[j+1..n)或q[j+1..n)（其中j是第一个差异的索引）。