從捕獲constexpr函數返回值的變量中刪除constexpr會刪除編譯時評估

Question

考慮以下constexpr函數static_strcmp ，它使用C ++ 17的constexpr char_traits::compare函數：

#include <string>

constexpr bool static_strcmp(char const *a, char const *b) 
{
    return std::char_traits<char>::compare(a, b,
        std::char_traits<char>::length(a)) == 0;
}

int main() 
{
    constexpr const char *a = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    constexpr const char *b = "abc";

    constexpr bool result = static_strcmp(a, b);

    return result;
}

godbolt顯示這在編譯時得到評估，並優化到：

 main: xor eax, eax ret 

從bool result刪除constexpr ：

如果我們從constexpr bool result刪除constexpr ，現在調用不再優化。

#include <string>

constexpr bool static_strcmp(char const *a, char const *b) 
{
    return std::char_traits<char>::compare(a, b,
        std::char_traits<char>::length(a)) == 0;
}

int main() 
{
    constexpr const char *a = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    constexpr const char *b = "abc";

    bool result = static_strcmp(a, b);            // <-- note no constexpr

    return result;
}

godbolt顯示我們現在調用memcmp ：

 .LC0: .string "abc" .LC1: .string "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz" main: sub rsp, 8 mov edx, 26 mov esi, OFFSET FLAT:.LC0 mov edi, OFFSET FLAT:.LC1 call memcmp test eax, eax sete al add rsp, 8 movzx eax, al ret 

添加短路length檢查：

如果我們在調用char_traits::compare 之前首先比較static_strcmp兩個參數的char_traits::length ， 而不在bool result上使用 constexpr ，則再次優化調用。

#include <string>

constexpr bool static_strcmp(char const *a, char const *b) 
{
    return 
        std::char_traits<char>::length(a) == std::char_traits<char>::length(b) 
        && std::char_traits<char>::compare(a, b, 
             std::char_traits<char>::length(a)) == 0;
}

int main() 
{
    constexpr const char *a = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    constexpr const char *b = "abc";

    bool result = static_strcmp(a, b);            // <-- note still no constexpr!

    return result;
}

godbolt顯示我們回到了被優化的電話：

 main: xor eax, eax ret 

• 為什么從初始調用static_strcmp中刪除constexpr導致常量評估失敗？
• 很明顯，即使沒有 constexpr ，在編譯時也會對char_traits::length的調用進行求值，那么為什么在static_strcmp的第一個版本中沒有constexpr出現相同的行為？

Answer 1

我們有三個工作案例：

1）初始化constexpr值或嚴格要求編譯時已知值（非類型模板參數，C樣式數組的大小， static_assert()的測試，...時需要計算值... ）

2） constexpr函數使用的值不是編譯時知道的（例如：從標准輸入接收的值）。

3） constexpr函數接收值編譯時已知但結果是在一個不需要編譯時的地方。

如果我們忽略了as-if規則，我們就有：

• 在情況（1）中，編譯器必須計算值編譯時，因為計算值是編譯時所需的

• 在情況（2）中，編譯器必須計算值運行時，因為它不可能計算它的編譯時間

• 在情況（3）中，我們處於灰色區域，編譯器可以在其中計算編譯時的值，但計算值不是嚴格要求編譯時; 在這種情況下，編譯器可以選擇計算編譯時還是運行時。

用初始代碼

constexpr bool result = static_strcmp(a, b);

你遇到的情況是（1）：編譯器必須計算編譯時間，因為result變量被聲明為constexpr 。

刪除constexpr ，

bool result = static_strcmp(a, b); // no more constexpr

你的代碼在灰色區域（case（3））中進行轉換，其中編譯時計算是可能的但不是嚴格要求的，因為輸入值是已知的編譯時間（ a和b ），但結果是在值不是編譯的地方 - 所需時間（普通變量）。 因此編譯器可以選擇，在您的情況下，選擇使用該函數版本的運行時計算，使用另一個版本進行編譯時計算。

Answer 2

注意，標准中沒有任何內容明確要求在編譯時調用constexpr函數，請參見最新草案中的9.1.5.7：

對constexpr函數的調用產生與在所有方面調用等效的非constexpr函數相同的結果，除了（7.1）對constexpr函數的調用可以出現在常量表達式中並且（7.2）不執行復制省略常量表達式（[class.copy.elision]）。

（強調我的）

現在，當調用出現在常量表達式中時，編譯器無法避免在編譯時運行該函數，因此它盡職盡責。 當它沒有時（如在你的第二個片段中），它只是缺少優化的情況。 這里的人並不缺。

Answer 3

您的程序具有未定義的行為，因為您總是比較strlen(a)字符。 字符串b沒有那么多字符。

如果您將字符串修改為相等長度（因此您的程序定義明確），您的程序將按預期進行優化 。

所以這不是錯過優化。 編譯器會優化您的程序，但由於它包含未定義的行為，因此不會對其進行優化。

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注意，無論是否是未定義的行為，都不是很清楚。 考慮到編譯器使用memcmp ，它認為兩個輸入字符串必須至少為strlen(a) long。 所以根據編譯器的行為，它是未定義的行為。

以下是目前的標准草案中有關比較的內容：

返回 ：如果對於[0，n）中的每個i，則返回 0，X :: eq（p [i]，q [i]）為true ; 否則，如果對於[0，n）中的某些j，X :: lt（p [j]，q [j]）為true並且對於[0，j）X :: eq（p）中的每個i，則為負值[i]，q [i]）是true ; 否則是正值。

現在，沒有指定是否允許compare讀取p[j+1..n)或q[j+1..n) （其中j是第一個差異的索引）。