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

Question

考虑以下constexpr函数static_strcmp，它使用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显示这在编译时得到评估，并优化到：

main:
    xor     eax, eax
    ret

从constexpr中删除bool result：

如果我们从constexpr中移除constexpr bool result，现在呼叫不再被优化。

#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显示我们现在打电话给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：

如果我们在调用char_traits::length之前首先将static_strcmp与char_traits::compare中的两个参数进行比较，而constexpr上没有bool result，则再次优化调用。

#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显示我们回到了被优化的电话：

main:
    xor     eax, eax
    ret

• 为什么从constexpr的初始调用中删除static_strcmp导致常量评估失败？
• 很明显，即使没有constexpr，在编译时对char_traits::length的调用进行了评估，那么为什么不在constexpr的第一个版本中没有static_strcmp的相同行为呢？

Answer 1

注意，标准中没有任何内容明确要求在编译时调用constexpr函数，请参见最新草案中的9.1.5.7：

对constexpr函数的调用产生与在所有方面调用等效的非constexpr函数相同的结果，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）不执行复制省略常量表达式（[class.copy.elision]）。

（强调我的）

现在，当调用出现在常量表达式中时，编译器无法避免在编译时运行该函数，因此它尽职尽责。当它没有时（如在你的第二个片段中），它只是缺少优化的情况。这里的人并不缺。

Answer 2

我们有三个工作案例：

1）计算值需要初始化constexpr值或严格要求编译时已知值（非类型模板参数，C样式数组的大小，static_assert()中的测试，......）

2）constexpr函数使用的值不是编译时知道的（例如：从标准输入接收的值）。

3）constexpr函数接收值编译时已知，但结果是在一个不需要编译时的地方。

如果我们忽略了as-if规则，我们就有：

• 在情况（1）中，编译器必须计算值编译时，因为计算值是编译时所需的
• 在情况（2）中，编译器必须计算值运行时，因为它不可能计算它的编译时间
• 在情况（3）中，我们处于灰色区域，编译器可以在其中计算编译时的值，但计算值不是严格要求编译时;在这种情况下，编译器可以选择计算编译时还是运行时。

用初始代码

constexpr bool result = static_strcmp(a, b);

你遇到的情况是（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

你的代码在灰色区域（case（3））中进行转换，其中编译时计算是可能的但不是严格要求的，因为输入值是已知的编译时间（a和b），但结果是在值不是编译的地方 - 所需时间（普通变量）。因此编译器可以选择，在您的情况下，选择使用该函数版本的运行时计算，使用另一个版本进行编译时计算。

Answer 3

您的程序有未定义的行为，因为您总是比较strlen(a)字符。字符串b没有那么多字符。

如果你修改你的字符串是相同的长度（所以你的程序定义明确），你的程序将是你期望的optimised。

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

---

注意，无论是否是未定义的行为，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必须至少为strlen(a)。所以根据编译器的行为，它是未定义的行为。

以下是目前的标准草案中有关比较的内容：

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

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