Question

请考虑以下constexpr函数static_strcmp，该函数使用C ++ 17的constexpr char_traits::compare函数：

#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显示了在编译时对其进行评估，并进行了以下优化：

main:
    xor     eax, eax
    ret

从constexpr删除bool result：

如果我们从constexpr中删除constexpr bool result，则呼叫将不再被优化。

#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显示了我们现在呼叫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检查：

如果我们首先比较char_traits::length与{{1}中的两个参数，则之前调用static_strcmp，不 char_traits::compare在constexpr上，通话再次优化。

bool result

godbolt显示我们已经回到优化呼叫的状态：

#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;
}

为什么从最初对main: xor eax, eax ret的调用中删除constexpr会导致恒定评估失败？
即使没有 static_strcmp也很明显，在编译时会评估对constexpr的调用，所以为什么在第一版的char_traits::length中没有相同的行为constexpr？

Answer 1

我们有三个工作案例：

1）计算值是初始化constexpr值所必需的，或者在严格要求编译时已知值的地方（非类型模板参数，C样式数组的大小， static_assert()，...）

2）constexpr函数使用编译时未知的值（例如：从标准输入接收的值。

3）constexpr函数接收编译时已知的值，但是结果放在不需要编译时的位置。

如果我们忽略了常规规则，我们将拥有：

在情况（1）中，编译器必须计算值编译时，因为计算的值是必需的编译时
在情况（2）中，编译器必须计算值运行时，因为不可能计算其编译时
在情况（3）中，我们处在灰色区域，编译器可以计算值编译时，但计算出的值并非严格要求的编译时；在这种情况下，编译器可以选择计算编译时还是运行时。

使用初始代码

constexpr bool result = static_strcmp(a, b);

您处于情况（1）：编译器必须计算编译时间，因为result变量被声明为constexpr。

删除constexpr，

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

您的代码在可能进行编译时计算但并非严格要求的灰色区域（情况（3））中进行转换，因为输入值是已知的编译时（a和b）但是结果用于不需要编译时值（普通变量）的地方。因此，编译器可以选择，并且根据您的情况选择带有该函数版本的运行时计算，以及带有另一个版本的编译时计算。

Answer 2

请注意，标准明确中的任何内容都不需要在编译时调用constexpr函数，请参阅最新草案中的9.1.5.7：

调用constexpr函数产生的结果与调用constexpr函数产生的结果相同等效的非constexpr函数，在所有方面，除了（7.1）对constexpr函数的调用可以出现在常量表达式中，并且（7.2）复制省略不是在常量表达式中执行（[class.copy.elision]）。

（强调我的）

现在，当调用以常量表达式出现时，编译器无法避免在编译时运行该函数，因此，它必须履行义务。如果没有（如第二个片段所示），这只是缺少优化的一种情况。这里周围不乏那些人。

Answer 3

您的程序具有未定义的行为，因为您总是比较strlen(a)个字符。字符串b没有太多字符。

如果您将字符串修改为相等的长度（以便使程序定义明确），则您的程序将像您期望的那样optimised。

所以这不是错过的优化。编译器会优化您的程序，但是由于它包含未定义的行为，因此不会对其进行优化。

请注意，无论是否为未定义行为，都不是很清楚。考虑到编译器使用memcmp，它认为两个输入字符串都必须至少strlen(a)长。因此，根据编译器的行为，这是未定义的行为。

以下是当前标准草案中关于比较的内容：

返回：如果对于[0，n）中的每个i，X :: eq（p [i]，q [i]）为true，则返回0。否则，如果对于[0，n）中的某个j，X :: lt（p [j]，q [j]）为true，并且对于[0，j）中的每个i为X，则为负值：：eq（p [i]，q [i]）是true;否则为正值。

现在，未指定是否允许compare读取p[j+1..n)或q[j+1..n)（其中j是第一个差异的索引）。

从捕获constexpr函数返回值的变量中删除constexpr，删除编译时评估

3 个答案: