C++ 模板函数优化失败

Question

据我了解，不会采用在编译时评估为 false 的分支。在下面的代码中，编译器不应该丢弃包含导致错误的行的块吗？

#include <iostream>

template<int i1, int i2>
void TemplateFunc()
{
    std::cout << i1 << std::endl;
    if(i2 > 0)
    {
        std::cout << i2 << std::endl;
        // The following causes an error
        // "cannot allocate an array of constant size 0"
        int someThing[i2] = {276};
        std::cout << someThing[i2/2] << std::endl;
    }
}

int main(int argc, char** argv)
{
    TemplateFunc<1,2>();
    TemplateFunc<3,0>();
    return 0;
}

我已经在 VS 2012、g++（在 coliru 上使用“g++ -std=c++11 -O3 -Wall -pedantic -pthread main.cpp && ./a.out”）和使用 nvcc（使用cuda 内核中的类似代码）。

Answer 1

我认为您误解了编译器的工作方式。实例化模板时可以随意放弃检查，但如果编译器要实例化模板，它必须首先编译。由于它无法编译，并且没有可供使用的替代模板，因此它将失败并出现编译错误。

如果这是一个模板class，你可以通过部分特化来实现：

#include <iostream>

template<int i1, int i2>
class TemplateFunc {
public:
  void operator()() {
    ...code with an if...
  }
};

template<int i1>
class TemplateFunc<i1, 0> {
public:
  void operator()() {
    ...code without and if...
  }
};

int main(int argc, char** argv)  
{
  TemplateFunc<1,2>()();
  TemplateFunc<3,0>()();
  return 0;
}

在这段代码中，带有if的模板由于特化，不会被编译器选中，因此不会出现编译错误。但是对于函数来说，这种方法在今天的标准中根本是不允许的。

Answer 2

模板最终只会使事情变得混乱。举个更简单的例子。

int main() {
  if (0) {
    int array[0];
  }
}

这会导致编译时诊断（在符合标准的实现上）。按照你的逻辑，它不应该，因为 if 块永远不会被占用。

理论上，0 是否为零的检查发生在运行时，因此编译器必须考虑分支可能被采用的可能性。

在实践中，编译器确实会优化掉常量条件，但这是在 as-if 规则下，该规则有效地表明优化不得改变程序的含义。未优化的程序会有一个错误，在编译时会被诊断出来。因此，优化后的程序仍然有一个在编译时得到诊断的错误。

有一些方法可以包含必须在编译时执行的检查。一种方法是模板部分特化，如果i2 不是正数，则从特化中删除违规代码：

template<int i1, int i2, bool i2_is_positive>
struct TemplateFuncImpl;

template<int i1, int i2>
struct TemplateFuncImpl<i1, i2, false> {
  static void Impl() {
    std::cout << i1 << std::endl;
  }
};

template<int i1, int i2>
struct TemplateFuncImpl<i1, i2, true> {
  static void Impl() {
    std::cout << i1 << std::endl;
    std::cout << i2 << std::endl;
    int someThing[i2] = {276};
    std::cout << someThing[i2/2] << std::endl;
  }
};

template<int i1, int i2>
void TemplateFunc()
{
    TemplateFuncImpl<i1, i2, (i2 > 0)>::Impl();
}

这无疑是非常冗长的，所以它可能不是你真正想要使用的东西。不幸的是，没有简单的方法。 @Columbo 提到有人提出了 if 声明的变体，将强制在编译时运行，但实际上并没有将其纳入标准。