什么是编译时已知的值

What is a value known at compile time?

本文关键字：编译 什么      更新时间：2023-10-16

我正在学习C++编程语言，在我的书中有一章向我介绍了常数的概念：

constexpr符号常量必须给定一个在编译时已知的值

编译时已知的值是什么？为什么我们需要他们？

常量表达式是指编译器可以在编译时（即程序运行之前、编译期间）对其求值的表达式。

常数表达式可用于初始化用constexpr标记的变量（参考C++11概念）。这样的变量向编译器提供了一个提示，即它可以在编译时进行评估（这可能会节省宝贵的运行时间周期），例如

#include <iostream>
constexpr int factorial(int n) // Everything here is known at compile time
{
    return n <= 1 ? 1 : (n * factorial(n - 1));
}
int main(void)
{
    constexpr int f = factorial(4); // 4 is also known at compile time
    std::cout << f << std::endl;
    return 0;
}

示例

如果你不提供一个常量表达式，编译器就不可能在编译时完成所有这些工作：

#include <iostream>
constexpr int factorial(int n) // Everything here is known at compile time
{
    return n <= 1 ? 1 : (n * factorial(n - 1));
}
int main(void)
{
    int i;
    std::cin >> i;
    const int f = factorial(i); // I really can't guess this at compile time..
                                // thus it can't be marked with constexpr
    std::cout << f << std::endl;
    return 0;
}

示例

执行编译时额外工作而不是运行时工作的好处是性能增益，因为编译后的程序可能能够使用预先计算的值，而不必每次从头开始计算。常量表达式越昂贵，程序获得的收益就越大。

编译时已知的值是什么？

我认为谈论不变的表达更有意义。常量表达式具有在编译时已知的值。粗略地说，它可能只是一个文字，另一个变量的名称（其值在编译时也是已知的），或者是一个复杂的表达式，其中包含在编译时已知值的子表达式。

引号指出，用constexpr声明的变量的初始值设定项需要是常量表达式。特别是，表达式必须满足以下要求才能成为常量表达式；这里列出了这些。

例如

constexpr int i = 54;
constexpr float f = 684; // Compile-time conversion from int to float
constexpr int func( int i )
{
    return i*47 % 23;
}
constexpr auto value = func(i * f); // Okay; constexpr function called
                                    // with arguments that, when substituted inside,
                                    // yield constant expressions

有时，一个值在编译时实际上是已知的，但根据标准，表达式不是常量。其中包括

int i = 43;
constexpr int j = reinterpret_cast<int>(i); // Shouldn't compile. (Does with GCC)

在某些情况下，编译器可能会进行常量折叠-有些值可以在编译时计算，但不一定要计算。

int i = 0;
for (int j = 1; j != 10; ++j)
    i += j;
return i;

只要行为保持不变，编译器就可以完全消除循环并用55初始化i（或者简单地返回55并消除i）。这就是所谓的假设规则。

这意味着不需要运行程序来计算常数。例如：

int num = 4;

编译器需要这些值才能将变量放在符号表中，程序可以在其中引用和使用这些值。在常量的情况下，编译器将常量符号化为不能更改的值。因此，如果您将一个常量声明为在运行时确定的东西，它将不起作用，因为如果一个常量在编译时未定义，它将保持未定义状态。我希望这是有道理的。

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