在 constexpr 函数中使用 MSVC 的 __popcnt答案

【问题标题】：Using MSVC's __popcnt in a constexpr function在 constexpr 函数中使用 MSVC 的 __popcnt
【发布时间】：2021-11-01 12:37:44
【问题描述】：

背景：我正在尝试在 MSVC 项目中重新利用为 GCC 编写的一些 C++ 代码。我一直在尝试重构代码以使其与 MSVC 编译器兼容。

简化，原来的功能之一是这样的：

[[nodiscard]] constexpr int count() const noexcept {
    return __builtin_popcountll(mask);//gcc-specific function
}

其中 mask 是 64 位成员变量。向 MSVC 的明显转换是：

[[nodiscard]] constexpr int count() const noexcept {
    return __popcnt64(mask); // MSVC replacement
}

但是，它无法编译，因为 __popcnt64 不允许在 constexpr 函数中使用。

我正在使用 C++17，如果可能，我希望避免切换到 C++20。
有没有办法让它工作？

【问题讨论】：

标签： c++ visual-c++ c++17 bit-manipulation constexpr

【解决方案1】：

问题已经回答了。所以，只是一些旁注。

构建自己的高效弹出函数可能是最好的解决方案。

为此，您可以重用 Henry S. Warren 所著的“Hacker's Delight”一书中的古老智慧。这本书是从程序员和算法开发人员致力于解决方案的时候开始的，以尽量减少宝贵的汇编语句的使用。 ROM 消耗（是的，确实如此）和性能。

您会发现有许多非常有效的解决方案，甚至是完全无循环的，而且汇编指令的数量少得惊人。例如，使用分治法。

值得一游。 . .

【讨论】：

【解决方案2】：

这取决于目标：

只需在编译时计数位数，也可能在运行时计数。然后只需实现自己的 constexpr 位计数，不要使用__popcnt64。您可以查看 Wikipedia 的 Hamming weight 文章以获取想法。
在运行时使用popcnt 指令。那么就需要实现编译时/运行时的区分，使用不同的编译时和运行时实现。

对于 C++20 中的编译时/运行时区别，您应该使用 if (std::is_constant_evaluated()) { ... } else { ... }

在 MSVC 中，std::is_constant_evaluated 是通过编译器魔术 __builtin_is_constant_evaluated() 实现的，它恰好在 C++17 中编译并正常工作。所以你可以：

constexpr int popcount(unsigned long long x)
{
    if (__builtin_is_constant_evaluated())
    {
        return -1; // TODO: count bits
    }
    else
    {
        return __popcnt64(x);
    }
}

注意： __builtin_popcountll 编译为 popcnt 指令或通过位 hack 进行位计数，具体取决于编译标志。 MSVC __popcnt64 总是编译成 popcnt 指令。如果目标是支持没有 popcnt 指令的旧 CPU，则必须提供 CPU 检测（编译时或运行时，再次取决于目标）和回退，或者不使用 __popcnt64完全没有。

【讨论】：

【解决方案3】：

你不能使一个非constexpr 函数变成一个constexpr 函数。如果他们的标准库没有声明它constexpr，那么就是这样。您必须自己编写，这在 C++17 中会很困难。

【讨论】：