constexpr 函数何时在编译时求值？

Question

既然声明为 constexpr 的函数有可能在运行时被调用，那么编译器根据什么标准决定是在编译时还是在运行时计算它呢？

template<typename base_t, typename expo_t>
constexpr base_t POW(base_t base, expo_t expo)
{
    return (expo != 0 )? base * POW(base, expo -1) : 1;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    int i = 0;
    std::cin >> i;

    std::cout << POW(i, 2) << std::endl;
    return 0;
}

在这种情况下，i 在编译时是未知的，这可能就是编译器将 POW() 视为在运行时调用的常规函数的原因。然而，这种动态虽然看起来很方便，但却具有一些不切实际的含义。例如，是否可能存在这样的情况：我希望编译器在编译时计算 constexpr 函数，而编译器决定将其视为普通函数，而它也可以在编译时运行？有任何已知的常见陷阱吗？

Answer 1

当函数的所有参数都是常量表达式并且结果也用于常量表达式时，

constexpr

函数将在编译时求值。常量表达式可以是文字（如 42）、非类型模板参数（如

N

中的

template<class T, size_t N> class array;

）、

enum

元素声明（如

Blue

中的

enum Color { Red, Blue, Green };

）、声明的另一个变量

constexpr

，等等。 当所有参数都是常量表达式时，它们

可能

会被求值，并且结果不用在常量表达式中，但这取决于实现。

Answer 2

保证这一点的最简单方法是使用

constexpr

值，或

std::integral_constant

:

constexpr auto result = POW(i, 2); // this should not compile since i is not a constant expression
std::cout << result << std::endl;

或：

std::cout << std::integral_constant<int, POW(i, 2)>::value << std::endl;

或

#define POW_C(base, power) (std::integral_constant<decltype(POW((base), (power)), POW((base), (power))>::value)

std::cout << POW_C(63, 2) << std::endl;

或

template<int base, int power>
struct POW_C {
  static constexpr int value = POW(base, power);
};

std::cout << POW_C<2, 63>::value << std::endl;

Answer 3

POW(0, 2)

，也不能确保持续评估。

POW(0, 2)

是一个常量表达式，但这仅仅意味着

它可以

如果需要的话可以进行常量计算。 相关规则在

[expr.const] p20

:

表达式或转换是

明显常量评估

，如果它是：

a

• 常量表达式，或 constexpr if 语句的条件 (
[stmt.if]
• )，或 立即调用，或者
• 将结果代入原子约束表达式以确定是否满足（
[temp.constr.atomic]
• ），或者 可在常量表达式中使用或具有常量初始化的变量的初始值设定项 (
[basic.start.static]
• )。

注意：在 C++11 中，规则限制较少，常量表达式的功能也较弱（请参阅

C++11 [expr.const] p4）。本答案基于最新标准，对未来的读者更有意义。 注意

常量表达式与常量表达式不同；这是出现在产品中的语法规则，例如：

标签：
属性说明符-seqopt _case

常量表达式 :

换句话说，常量求值是关于表达式出现的

哪里。 在 case POW(0, 2): 中，不断进行评估；在

std::cout << POW(0, 2);

中，它不会，或者在 C++11 中，这将取决于编译器 （尽管在 C++11 中，

constexpr

函数的限制如此之大，以至于很难看出差异）。