C++如何將計算從運行時移動到編譯時

本篇內容介紹了“C++如何將計算從運行時移動到編譯時”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

Per.11:將計算從運行時移動到編譯時

Reason（原因）

為了減少代碼大小和執行時間。通過常量避免數據競爭。為了在編譯時捕捉錯誤（同時消除錯誤處理代碼）

Example（示例）

double square(double d) { return d*d; }
static double s2 = square(2);    // old-style: dynamic initialization

constexpr double ntimes(double d, int n)   // assume 0 <= n
{
        double m = 1;
        while (n--) m *= d;
        return m;
}
constexpr double s3 {ntimes(2, 3)};  // modern-style: compile-time initialization

向s2初始化這樣的代碼很常見，特別是比square稍微復雜一點初始化代碼。然而，和s3的初始化相比，存在兩個問題：

• we suffer the overhead of a function call at run time

• 我們需要負擔執行時的函數調用所需的代價。
  

• s2 just might be accessed by another thread before the initialization happens.

• 在被初始化之前，s2可能被另外的線程訪問。

Note: you can't have a data race on a constant.

注意：常量不會發生數據競爭。

Example（示例）

考慮一種提供一個存儲小對象于自身，存儲大對象于堆的句柄。

constexpr int on_stack_max = 20;

template<typename T>
struct Scoped {     // store a T in Scoped
        // ...
    T obj;
};

template<typename T>
struct On_heap {    // store a T on the free store
        // ...
        T* objp;
};

template<typename T>
using Handle = typename std::conditional<(sizeof(T) <= on_stack_max),
                    Scoped<T>,      // first alternative
                    On_heap<T>      // second alternative
               >::type;

void f()
{
    Handle<double> v1;                   // the double goes on the stack
    Handle<std::array<double, 200>> v2;  // the array goes on the free store
    // ...
}

假設Scoped和On_head提供了兼容的用戶接口。這里我們在編譯時計算最優的類型。類似的技術可以用于選擇最優的函數調用。

Note（注意）

理想狀態時{不要}試圖在運行時執行每一件事。顯然由于大多數計算依靠輸入信息，所以無法移動到編譯時計算，但是復雜的編譯時計算會嚴重的增加編譯時間并使調試復雜化。甚至可能由于引入編譯時計算使代碼變慢。不可否認，這種情況非常少見，但是通過將一個通常的計算強制分為獨立的最優化子計算過程，有可能使指令緩存效率變低。

Enforcement（實施建議）

• Look for simple functions that might be constexpr (but are not).

• 尋找可以（但是沒有）定義為constexpr的簡單函數。
  

• Look for functions called with all constant-expression arguments.

• 尋找使用常量表達式參數調用的函數。
  

• Look for macros that could be constexpr.

• 尋找可以定義為constexpr。

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