C ++：类/结构是否曾经在编译时初始化？

Question

假设我用构造函数Foo(int)编写了一个Foo类。 我有这段代码：

Foo a(i), b = a + Foo(2);

如果我在代码中使用常量（例如Foo(2)调用构造函数，则编译器是否会运行一次并存储结果供运行时使用，还是在运行时执行？ struct / class是否仅包含POD数据类型是否相同？

假设它在运行时执行（我相信是这样），是否有办法使其在编译时运行，或者具有与运行时相同的效果？

编辑 ：恐怕我没有把自己弄清楚。 我指的是Foo(2)部分的代码，它是完全不变的。 另外，我无法使用C ++ 11（我正在使用GCC 4.1，并且无法升级），因此constexpr虽然有效，但不适合我。

Answer 1

这是可能有你的a使用constant initialization ，这是静态初始化，但要做到这一点：

1. i最常表达
2. Foo::Foo(int)必须是constexpr
3. Foo:Foo(int)使用的所有其他/所有函数/变量也必须是constexpr 。

对于您的b来说，情况几乎相同Foo(2)必须为constexpr ，而Foo::operator+(Foo const &)或Foo operator+(Foo const &, Foo const &) （无论您拥有什么）将必须是constexpr 。

如果要更详细地研究，常量表达式的定义在C ++ 11标准的第5.19节中。 我的直接猜测是，如果Foo非常简单，那么a可能是可能a ，但我对b的把握却很少。

Answer 2

假设我用构造函数Foo（int）编写了一个类Foo。 我有这段代码：

 Foo a(i), b = a + Foo(2); 

如果我在代码中使用常量调用构造函数，那么编译器是否会运行一次并存储结果供运行时使用，还是在运行时执行？

这有两个层次：

• 是否有可能通过法律为完善的优化程序制定标准-是否可以不费吹灰之力和天才地实现专家可以做的所有事情-在编译时做到这一点，以及
• 是标准要求 / 保证的编译时行为。

i是编译时间常数吗？ 如果不是，并且将i的值传递给Foo::Foo(i)影响其行为（是否影响数据成员值或诸如日志记录之类的副作用），那么显然在编译时构造Foo（i）本质上是不可能的。 如果i为常数，则从本质上来说仍然是不可能的-例如，构造函数的实现可能具有基于当前时间的行为，或者需要查询其他一些运行时数据。 这样的问题也可能阻止Foo(2)在编译时进行评估。

如果i是常量，并且Foo的构造函数不依赖于其他仅运行时的数据，则可以进行优化。 但是，您的代码中没有什么要求C ++标准甚至可以尝试任何优化，更不用说能够对其进行优化了。 在Foo上调用+运算符的情况也是如此……优化可能是合法的，但当然不是必需的。

在实践中，我希望当前大多数主流编译器都可以针对编译时常数i优化Foo(i)简单情况，但是会遇到解决该问题的挑战。 如果您真的想知道，请在各种优化级别上为您的编译器尝试一下。

假设它在运行时执行（我相信是这样），是否有办法使其在编译时运行，或者具有与运行时相同的效果？

是的...您可能会从constexpr得到一些好处，这是C ++ 11引入的一个关键字，它告诉编译器在编译时需要解析某些值（如果您对变量/值使用constexpr ，则表明编译器不是需要在编译时提供支持，它将报告错误）。

其次，通常可以使用模板来表达编译时操作。 为了使自己朝这个方向开始，您可能需要搜索“ C ++模板阶乘编译时间”或类似内容，以了解如何对基本计算进行编码。

Answer 3

适用“假设”规则，该规则表示只要程序的可观察行为与标准中描述的行为相同，编译器就可以执行其喜欢的任何事情。

如果：

• Foo的构造函数在TU中可见，
• 析构函数~Foo也是如此
• 他们两个都没有任何副作用，
• 它们的结果不依赖于运行时需要解决的任何问题（例如时间，或者众所周知，某些非常量对象的值可能已经在执行代码时被修改了），
• operator+是可见的，并且不会做任何事情来使RHS的地址“转义”到未知代码中，或使用其地址进行可观察到的行为（例如将其打印出来），或执行任何其他需要对象实际存在的操作，

那么足够聪明的优化器可以完全消除Foo(2)临时性，并且无论operator+使用RHS的数据成员如何，只要使用它知道这些成员将拥有的任何值即可。

或者，作为次要的优化，它可以将值放入程序的数据部分中Foo实例的布局中，并将其用作Foo(2) 。 我想这就是将结果存储为运行时的含义。

这些优化是否真正发生完全取决于实现，并且取决于您使用的编译器和标志。 分解代码以查看实际情况。

如果执行以下操作，则可以确保在C ++ 03中仅对Foo(2)进行一次计算：

static Foo foo2(2);
Foo a(i), b = a + foo2;

foo2是（根据标准）在运行时（第一次执行代码）计算的。 同样，编译器可以在编译时调用“假设”规则来进行部分或全部计算，但这并不是必需的。

Answer 4

Foo a(i), b = a + Foo(2);

初始化发生在运行时，而不是编译时。

如果可以在编译时计算其初始化程序，或者将其声明为全局变量或static ，则编译时初始化仅适用于内置类型。 在后两种情况下，它们在编译时为零。 我在这里详细解释了这一点：

• 什么是C ++中对象的动态初始化？

Answer 5

在执行过程中，可以在不同的位置调用已编译的代码。 编译代码后，Foo（2）的值可能是不可变的。

Answer 6

这在运行时发生。 如果您希望它在编译时发生，那么您需要对值进行硬编码。