针对编译时常数进行了优化的功能

Question

假设我有一个向量长度计算函数，它具有一个附加的inc参数（这表明相邻元素之间的距离）。一个简单的实现是：

float calcLength(const float *v, int size, int inc) {
    float l = 0;

    for (int i=0; i<size*inc; i += inc) {
        l += v[i]*v[i];
    }
    return sqrt(l);
}

现在，可以使用两种calcLength参数来调用inc：何时在编译时知道inc，何时不知道。我想为calcLength（如1）的常见编译时值提供一个优化的inc版本。

所以，我会有这样的东西：

template <int C>
struct Constant {
    static constexpr int value() {
        return C;
    }
};

struct Var {
    int v;

    constexpr Var(int p_v) : v(p_v) { }

    constexpr int value() const {
        return v;
    }
};

template <typename INC>
float calcLength(const float *v, int size, INC inc) {
        float l = 0;

        for (int i=0; i<size*inc.value(); i += inc.value()) {
            l += v[i]*v[i];
        }
        return sqrt(l);
    }
}

因此，可以使用：

calcLength(v, size, Constant<1>()); // inc is a compile-time constant 1 here, calcLength can be vectorized

或

int inc = <some_value>;
calcLength(v, size, Var(inc)); // inc is a non-compile-time constant here, less possibilities of compiler optimization

我的问题是，是否可能以某种方式保留原始接口，并根据{{1的类型（是否为编译时常数）自动插入Constant / Var }}？

inc

注意：这是一个简单的示例。在我的实际问题中，我有几个类似calcLength(v, size, 1); // this should end up calcLength(v, size, Constant<1>()); calcLength(v, size, inc); // this should end up calcLength(v, size, Var(int)); 的函数，它们很大，我不希望编译器内联它们。

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注2：我也接受不同的方法。基本上，我想有一个解决方案，可以满足以下要求：

• 算法仅指定一次（最有可能在模板函数中指定）
• 如果我将calcLength指定为1，则会实例化一个特殊函数，并且代码很可能被矢量化
• 如果inc不是编译时常量，则调用通用函数
• 否则（非1的编译时常数）：调用哪个函数都没关系

Answer 1

如果此处的目标只是优化而不是在编译时上下文中使用，则可以向编译器提示您的意图：

static float calcLength_inner(const float *v, int size, int inc) {
    float l = 0;

    for (int i=0; i<size*inc; i += inc) {
        l += v[i]*v[i];
    }
    return sqrt(l);
}

float calcLength(const float *v, int size, int inc) {
    if (inc == 1) {
        return calcLength_inner(v, size, inc);  // compiler knows inc == 1 here, and will optimize
    }
    else {
        return calcLength_inner(v, size, inc);
    }
}

From godbolt，您可以看到calcLength_inner实例化了两次，无论是否具有恒定的传播。

这是一个C技巧（在numpy中广泛使用），但是您可以编写一个简单的包装程序，使其更易于在c ++中使用：

// give the compiler a hint that it can optimize `f` with knowledge of `cond`
template<typename Func>
auto optimize_for(bool cond, Func&& f) {
    if (cond) {
        return std::forward<Func>(f)();
    }
    else {
        return std::forward<Func>(f)();
    }
}

float calcLength(const float *v, int size, int inc) {
    return optimize_for(inc == 1, [&]{
        float l = 0;
        for (int i=0; i<size*inc; i += inc) {
            l += v[i]*v[i];
        }
        return sqrt(l);
    });
}

Answer 2

C ++没有提供检测提供的函数参数是否为常量表达式的方法，因此您无法自动区分提供的文字和运行时值。

如果参数必须是一个函数参数，并且您不愿意在两种情况下更改其调用方式，那么这里唯一的杠杆就是参数的类型：在这方面，您对Constant<1>()和Var(inc)的建议非常好。

Answer 3

选项1：信任您的编译器（不执行任何操作）

编译器可以在不费吹灰之力的情况下完成您想做的事情吗（嗯，您需要启用优化的构建，但这不用多说）。

编译器可以创建所谓的“函数克隆”，它们可以执行您想要的操作。克隆函数是用于常量传播的函数的副本，也就是使用常量参数调用的函数的结果汇编。我很少找到有关此功能的文档，因此如果您要依靠它，完全取决于您。

编译器可以完全内联该函数，可能使您的问题不成问题（您可以通过使用lto和/或使用编译器特定的属性，例如__attribute__((always_inline))在标头中内联定义它来解决此问题）

现在，我不是在鼓吹让编译器完成其工作。尽管这些时候编译器的优化令人惊奇，并且经验法则是信任优化器，但是在某些情况下，您需要手动进行干预。我只是说要意识到并考虑到它。哦，一如既往地衡量，衡量，衡量，在性能方面，请不要使用您的“我觉得我需要优化”的直觉。

选项2：两个重载

float calcLength(const float *v, int size, int inc) {
    float l = 0;

    for (int i=0; i<size*inc; i += inc) {
        l += v[i]*v[i];
    }
    return sqrt(l);
}

template <int Inc>
float calcLength(const float *v, int size) {
    float l = 0;

    for (int i=0; i<size*inc; i += inc) {
        l += v[i]*v[i];
    }
    return sqrt(l);
}

这里的缺点是代码重复，ofc。同样，在呼叫站点也无需多加注意：

calcLength(v, size, inc); // ok
calcLength<1>(v, size);   // ok
calcLength(v, size, 1);   // nope

选项3：您的版本

您的版本还可以。