在編譯時計算表達式

Question

我知道這已經被問了很多，但僅限於 C/C++ 和 Java。 問題與使用常量表達式的性能優勢有關：

當我調用一個只有常量作為參數的靜態函數時，有沒有辦法告訴編譯器它應該在編譯時評估調用並用結果替換調用？

例子：

const double pi = Math.PI; //works as Math.PI is a constant  
const double spi = Math.Sin(Math.PI); //compiler error, because expression must be constant  

是否沒有指令（更好：屬性）明確地告訴編譯器像 Math.Sin() 這樣的靜態方法不會在內部修改或讀取任何數據，以便在技術上可以在編譯時評估調用？

哦，請不要回答像“just do const double spi = 0 ”:)，因為我的示例只是我遇到的問題的簡化版本：在保持最大性能的同時提高代碼可維護性。

感謝您的幫助 - 非常感謝！

Answer 1

對於數值常數，我看到兩個選項：

選項一：使用靜態只讀（啟動時計算一次）：

class MyCalc
{
    private static readonly double spi = Math.Sin(Math.PI);
    private static readonly double pi = Math.PI;

    public void Execute()
    {
        // .. whatever
    }
}

選項二：使用您的袖珍計算器進行計算並對這些常量進行硬編碼：

class MyCalc
{
    // Math.Sin(Math.Pi)
    private const double spi = 0;
    // Math.Pi
    private const double pi = 3.141592653589793;

    public void Execute()
    {
        // .. whatever
    }
}

我不確定編譯器是否可以在計算中完全優化掉選項一，但它應該是最具可讀性和可維護性的方式。

如果您正在尋找盡可能多的在編譯時做的事情，事情會變得更難。 在 C++ 下，您有模板。 我發現它們寫起來很麻煩，但人們用它完成了驚人的事情。 使用 編譯時函數似乎更容易，但我還沒有嘗試過。 D 有CTFE這真的很強大。 但是 D 是一個利基，我會避免在其中編寫任何嚴肅的代碼。 我不知道其他語言有相當明確的預編譯評估，但我確定有一些。

如今，編譯器非常聰明。 編譯器可能會看到有機會在沒有提示的情況下優化函數調用。 在 DotNet 4.5 中，我們獲得了AggressiveInlining屬性，因此我們可以強制編譯器朝着正確的方向發展。 C/C++ 有類似的東西，並且出現了問題。 我這邊的一般建議是避免inline直到您完全知道自己在做什么。

如果你真的不想從 C# 走這條路，我認為最好的選擇是使用提到的功能在 C++ 中編寫你的功能，編寫一個易於使用的 C 接口並通過PInvoke調用它。 但是，如果真的值得，請先幫自己一個忙並衡量一下。 永遠不要忘記優化的兩條規則：

1. 別
2. 還沒有（僅限專家）

Answer 2

沒有副作用的方法有[Pure]屬性。 但是，這僅用於代碼分析，而不用於編譯器（目前）。 然而，這在未來可能會改變。

JetBrains ReSharper 為相同的目的（代碼分析）提供了類似的[Pure]屬性。

因此，就目前而言，您需要一種解決方法，例如您預先計算的值，最好附上評論，讓其他人知道該值的來源：

const double spi = 0.0; // Math.Sin(Math.PI)

或者

static readonly double spi = Math.Sin(Math.PI);

這當然會計算運行時的值，這是您不想要的。