如何判断表达式是在编译时还是运行时评估的？

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何判断表达式是在编译时还是运行时评估的？

【英文标题】：How to tell if expression is evaluated at compile time or runtime?

【发布时间】：2019-04-30 09:37:13

【问题描述】：

我有一个相当大的 Map 对象，我想要一个单独的列表，其中的键已排序。这将在我项目的许多其他源文件中使用。

问题是我如何知道声明/定义何时是编译时作业。如果是这种情况，我应该在哪里寻找？我的意思是如何分辨？

在以下示例中，源文件中的列表是编译时作业还是发生在运行时？

另外，有没有办法在编译时进行排序操作？

// global.h    
extern QMap<int, QString> G_MAP;
extern QList<int> G_MAP_SKEYS_SORTED; 

// global.cpp
QMap<int, QString> G_MAP =  /* some hand filled (static) data */ ;
QList<int> G_MAP_SKEYS_SORTED = G_MAP.keys();

// main.cpp
int mian() 
  // Somewhere I do the sort
  std::sort(G_ListRegistersSorted.begin(), G_ListRegistersSorted.end());

【问题讨论】：

只是一个想法：你可以static_assert 它的大小并让编译器解释。

如果从some data 构造的QMap（或QList）包含动态内存分配，根据定义，它不能在编译期间完成。

@AlgirdasPreidžius 初始化列表是手动填充的，所以它不是动态的

std::sort() 是 constexpr 仅从 C++20 开始；所以之前（你标记了 C++11）肯定不是。

本例中唯一在编译时评估的是初始化列表： /* some hand filled (static) data */ ;。

【参考方案1】：

如果将结果分配给constexpr 变量、在static_assert 或noexcept 语句中使用或用作模板参数，则在编译时计算表达式。这称为 constexpr 上下文。

例如：

// Function which can calculate the fibbonacci sequence at compiletime
constexpr int fib(int n) 
    if(n == 0 || n == 1) return n;
    return fib(n - 1) + fib(n - 2); 


int main() 
    // This one is calculated at compiletime
    constexpr int fib10_at_compiletime = fib(10); 

    // This one is calculated at runtime 
    // (unless the compiler was really aggressive when doing optimizations)
    int fib10_at_runtime = fib(10);    

为了在编译时调用函数或其他东西，需要将其标记为constexpr。

编译时可以做什么？

C++11：

声明变量（但不要修改它们） 调用其他 constexpr 函数 调用 constexpr 构造函数（和默认构造函数） 使用数组和std::array 使用 static_asserts 之类的东西 typedef 和 using 声明

C++14 补充：

您现在也可以使用 lambdas 您可以在 constexpr 函数中修改变量 你可以拥有改变成员变量的 constexpr 成员函数 您可以将引用（非 const 类型）传递给 constexpr 函数

C++20 新增功能：（C++20 将于 2020 年推出）

您现在可以分配内存 现在可以调用虚函数了 您可以拥有try-catch 块

是std::sort constexpr 吗？

为了在 constexpr 上下文中使用函数，必须将其标记为 constexpr（这对您可以在函数中执行的操作有一组限制；这些将在下面讨论）。在 C++11 中，std::sort 不是 constexpr，因为它打破了这些限制（在 C++20 之前它不会是 constexpr）。

但是，如果您被允许使用 C++14，您可以编写自己的排序函数，在编译时工作。

完整概述： https://en.cppreference.com/w/cpp/language/constexpr

【讨论】：

谢谢！希望对您有所帮助！

【参考方案2】：

另外，有没有办法在编译时进行排序操作？

简短回答：不。

长答案。

不，因为 std::sort() 是 constexpr 仅来自 C++20（您标记了 C++11），因为 void 函数 (std::sort()) 在 C++11 中不能是 constexpr ，因为QMap 和QList 不是constexpr 类（如果我没记错的话），因为您还没有将GMAP 和其他涉及的对象声明为constexpr 等。

但是，假设有一个MyMap 类定义constexpr，一个MyList 类声明constexpr，一个MySort() 函数定义constexpr，你可以写类似的东西（从C++14 开始因为在 C++11 中你无法编写如此复杂的constexpr 函数）

constexpr MyList foo ()

  MyMap mm  /* some values */ ;

  MyList ml  ml.keys() ;

  MySort(ml.begin(), ml.end());

  return ml;


// ...

constexpr auto ml_final  foo() ;

注意ml_final 被声明为constexpr。

这对于强制（C++20 之前）编译器在可能的情况下在编译时初始化值是必要的，或者在不可能的情况下给出编译错误。