C++如何將計(jì)算從運(yùn)行時(shí)移動(dòng)到編譯時(shí)

本篇內(nèi)容介紹了“C++如何將計(jì)算從運(yùn)行時(shí)移動(dòng)到編譯時(shí)”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過(guò)程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來(lái)就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

Per.11:將計(jì)算從運(yùn)行時(shí)移動(dòng)到編譯時(shí)

Reason（原因）

為了減少代碼大小和執(zhí)行時(shí)間。通過(guò)常量避免數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)。為了在編譯時(shí)捕捉錯(cuò)誤（同時(shí)消除錯(cuò)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(fù)雜一點(diǎn)初始化代碼。然而，和s3的初始化相比，存在兩個(gè)問(wèn)題：

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

• 我們需要負(fù)擔(dān)執(zhí)行時(shí)的函數(shù)調(diào)用所需的代價(jià)。
  

• 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(wèn)。

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

注意：常量不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)。

Example（示例）

考慮一種提供一個(gè)存儲(chǔ)小對(duì)象于自身，存儲(chǔ)大對(duì)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(shè)Scoped和On_head提供了兼容的用戶接口。這里我們?cè)诰幾g時(shí)計(jì)算最優(yōu)的類型。類似的技術(shù)可以用于選擇最優(yōu)的函數(shù)調(diào)用。

Note（注意）

理想狀態(tài)時(shí){不要}試圖在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行每一件事。顯然由于大多數(shù)計(jì)算依靠輸入信息，所以無(wú)法移動(dòng)到編譯時(shí)計(jì)算，但是復(fù)雜的編譯時(shí)計(jì)算會(huì)嚴(yán)重的增加編譯時(shí)間并使調(diào)試復(fù)雜化。甚至可能由于引入編譯時(shí)計(jì)算使代碼變慢。不可否認(rèn)，這種情況非常少見，但是通過(guò)將一個(gè)通常的計(jì)算強(qiáng)制分為獨(dú)立的最優(yōu)化子計(jì)算過(guò)程，有可能使指令緩存效率變低。

Enforcement（實(shí)施建議）

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

• 尋找可以（但是沒(méi)有）定義為constexpr的簡(jiǎn)單函數(shù)。
  

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

• 尋找使用常量表達(dá)式參數(shù)調(diào)用的函數(shù)。
  

• Look for macros that could be constexpr.

• 尋找可以定義為constexpr。

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