C ++ constexpr数组查找：内存开销？ 其他陷阱？

Question

我已经基于这个SO答案实现了constexpr 映射 数组查找，但是这让我想知道如果 映射 数组很大，内存开销会是什么样子，以及这种技术还可能存在其他陷阱，特别是如果constexpr函数在编译时无法解析。

这是一个人为的代码示例，希望可以使我的问题更加清楚：

example.h：

enum class MyEnum
{
  X0,
  X1,
  X2,
  X3,
  X4,
  X5
};

struct MyStruct
{
  const MyEnum type;
  const char* id;
  const char* name;
  const int size;
};

namespace
{
  constexpr MyStruct myMap[] = {
    {MyEnum::X0,"X0","Test 0", 0},
    {MyEnum::X1,"X1","Test 1", 1},
    {MyEnum::X2,"X2","Test 2", 2},
    {MyEnum::X3,"X3","Test 3", 3},
    {MyEnum::X4,"X4","Test 4", 4},
    {MyEnum::X5,"X5","Test 5", 5},
  };

  constexpr auto mapSize = sizeof myMap/sizeof myMap[0];
}

class invalid_map_exception : public std::exception {};

// Retrieves a struct based on the associated enum
inline constexpr MyStruct getStruct(MyEnum key, int range = mapSize) {
  return  (range == 0) ? (throw invalid_map_exception()):
          (myMap[range - 1].type == key) ? myMap[range - 1]:
          getStruct(key, range - 1);
};

example.cpp：

#include <iostream>
#include <vector>
#include "example.h"

int main()
{
  std::vector<MyEnum> enumList = {MyEnum::X0, MyEnum::X1, MyEnum::X2, MyEnum::X3, MyEnum::X4, MyEnum::X5};
  int idx;

  std::cout << "Enter a number between 0 and 5:" << std::endl;
  std::cin >> idx;

  MyStruct test = getStruct(enumList[idx]);

  std::cout << "choice name: " << test.name << std::endl;

  return 0;
}

输出：

Enter a number between 0 and 5:
1
choice name: Test 1

与g++一起-std=c++14编译。

在上面的示例中，尽管getStruct是constexpr函数，但直到运行时它才能完全解析，因为在此之前idx的值是未知的。 使用优化标志进行编译时，这可能会改变内存开销，还是将myMap的全部内容包含在二进制文件中？ 是否取决于所使用的编译器和优化设置？

另外，如果头文件包含在多个翻译单元中怎么办？ myMap会在每个myMap中重复吗？

我想如果 映射 数组变得巨大和/或代码将在更多资源受限的环境（例如嵌入式设备）中使用，这可能很重要。

这种方法还有其他潜在的陷阱吗？

Answer 1

如果使用非常量表达式调用constexpr函数，它将在运行时调用该函数。

如果使用常量表达式调用getStruct ，则编译器只能在编译时调用该函数。 然后， getStruct函数将在运行时“不使用”，编译器可能会对其进行优化。 此时， myMap也将不被使用，并被优化。

就运行时大小而言，它实际上可能小于std::unordered_map或std::map ; 它实际上存储了必要的最少信息。 但是它的查找时间会慢很多，因为它必须在O（N）时间中单独比较所有元素，因此它实际上不执行映射所要做的事情（减少查找时间）。

如果您想使其更有可能被优化，我将确保仅在常量表达式情况下使用它：

template<MyEnum key>
struct getStruct
{
    static constexpr const MyStruct value = _getStruct(key);
}

这是一些编译器输出，显示该映射已完全优化

关于将其包含在多个翻译单元中，由于您使用匿名命名空间来定义它，因此每一个都将复制它。 如果在所有这些代码中都对其进行了优化，则不会有开销，但是对于在运行时查找中使用的每个翻译单元，它仍然会重复。