Question

我倾向于使用常数表达式的数学函数来获得方便性和连贯性（即log(x)/log(2)而不是log(x)/0.3...）。由于这些函数实际上并不是语言本身的一部分，它们都没有在math.h中定义（仅声明），是否会在编译时预先计算常量函数，还是在运行时浪费计算？

Answer 1

这取决于编译器和优化标志。正如@AndrewyT指出的那样，GCC能够指定哪些函数是常量和纯属的属性，在这种情况下，答案是肯定的，它将内联结果，因为您可以轻松检查：

$ cat constant_call_opt.c 
#include <math.h>

float foo() {
        return log(2);
}

$ gcc -c constant_call_opt.c -S

$ cat constant_call_opt.s 
        .file   "constant_call_opt.c"
        .text
.globl foo
        .type   foo, @function
foo:
        pushl   %ebp
        movl    %esp, %ebp
        subl    $4, %esp
        movl    $0x3f317218, %eax
        movl    %eax, -4(%ebp)
        flds    -4(%ebp)
        leave
        ret
        .size   foo, .-foo
        .ident  "GCC: (Ubuntu 4.3.3-5ubuntu4) 4.3.3"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

没有函数调用，只需加载一个常量（0x3f317218 == 0.69314718246459961 == log(2)）

虽然我现在没有任何其他编译器可以尝试，我认为你可以在所有主要的C编译器中看到相同的行为，因为它是一个微不足道的优化。

Answer 2

有些编译器会在编译时对它们进行评估，但不保证这种行为（这样做也可能导致问题）。您需要检查编译器并查看它的作用。

请注意，在许多系统上，log(2)中的宏M_LN2都提供了<math.h>。

Answer 3

它们通常会在运行时计算出来（请参阅其他答案，了解如何内联它们），但我不一定会使用“浪费”这个词，除非它们有很多和/或代码被执行了很多次。

创建一个#define或const变量来表示值的含义（PI，LOG_2等）并使用，而不是仅仅输入常量值。相反。

例如：

#define LOG_2 0.30102999566

这不做任何计算，您可以根据您的环境（32位对64位）指定您想要或可以管理的精度值。

Answer 4

这取决于。如果编译器可以完全像在运行时那样完成数学运算，并且如果执行链接时优化，并且库是以某种中间形式保存的，那么可以这样做。

大多数编译器都没有完成所有这些。

Answer 5

对于库函数，某些编译器可能会将这些函数实现为内在函数，这意味着编译器对编译时使用常量替换调用的函数了解得足够多。它是否会这样做取决于编译器。在实践中，我经常注意到一些编译器不愿意在编译时预先计算浮点表达式，即使它们不涉及任何函数调用。

在一般情况下，通常它们不会也不能在编译时计算，假设编译器根本不了解这些函数以便能够在编译时计算它们。也许他们有一些突出的运行时副作用？

某些编译器可能具有非标准的编译器相关扩展，允许用户向编译器提供有关函数的附加信息，以便编译器可以更好地优化函数调用，甚至可以确定是否可以替换给定的调用编译时预先计算。例如，GCC编译器将此类函数 attributes （GCC特定的扩展名）支持为const和pure。如果在编译时已知参数，则理论上可以用编译时预计算替换对具有const属性的函数的调用。虽然我不能说GCC是否能真正做到这一点。

在C ++中（即使您的问题标记为C语言），计划的新功能是constexpr声明说明符，它具有类似的用途并且应该具有您描述的效果。

Answer 6

这在运行时发生，因为函数的代码仅在链接步骤（在编译步骤之后发生）时可用。

要优化步骤，请使用在使用之前初始化的全局变量。

常量表达式的数学函数是否在编译时预先计算？

6 个答案: