为什么在适用时不暗示 constexpr？

Why isn't constexpr implied when applicable?

本文关键字：暗示 constexpr 为什么      更新时间：2023-10-16

这些可能在不同的问题中，但它们是相关的，所以......

  1. 为什么我们需要写constexpr？给定一组限制，编译器是否不能评估代码以查看它是否满足constexpr要求，如果满足，则将其视为constexpr？作为一个纯粹的文档关键字，我不确定它是否成立，因为我想不出我（其他人constexpr函数的用户）应该真正关心它是否运行时的情况。

    这是我的逻辑：如果它是一个昂贵的函数，我认为作为一个好的做法，无论我是否给它编译时常量输入，我都应该这样对待它。这可能意味着在加载时调用它并保存结果，而不是在执行的关键点调用它。原因是constexpr实际上并不能向我保证它首先不会在运行时执行——所以也许一个新的/不同的机制应该这样做。

  2. constexpr限制似乎将许多（如果不是大多数）函数排除在编译时计算之外，这在逻辑上可能是可能的。我已经读到这至少部分（或者可能全部？）以防止无限循环和挂起编译器。但是，如果这是原因，它合法吗？

编译器不应该能够计算，对于任何给定的constexpr函数，使用给定的输入，它是否无限循环？这并不能解决任何输入的停止问题。constexpr函数的输入是编译时常数和有限的，因此编译器只需检查有限输入集的无限循环：实际使用的输入。如果您编写编译时无限循环，这应该是一个常规编译错误。

我问了一个非常相似的问题，为什么我们需要将函数标记为constexpr？

当我追问Clang的作者理查德·史密斯（Richard Smith）时，他解释说：

constexpr关键字确实有用。

它会影响函数模板专用化

的时间（如果在未计算的上下文中调用 constexpr 函数模板专用化，则可能需要实例化它们;对于非 constexpr 函数来说也是如此，因为对 1 的调用永远不能成为常量表达式的一部分）。如果我们删除了关键字的含义，我们将不得不尽早实例化更多的专业化，以防调用恰好是一个常量表达式。

它通过限制实现在翻译期间尝试评估的函数调用集来减少编译时间。（这对于需要实现来尝试常量表达式计算的上下文很重要，但如果此类评估失败，则不是错误 - 特别是静态存储持续时间对象的初始值设定项。

起初这一切似乎并不令人信服，但如果你仔细研究细节，事情就会在没有constexpr的情况下解开。函数在使用 ODR 之前不需要实例化，这实质上意味着在运行时使用。constexpr函数的特殊之处在于，它们可能违反此规则并且无论如何都需要实例化。

函数实例化是一个递归过程。实例化函数会导致实例化它使用的函数和类，而不考虑任何特定调用的参数。

如果在实例化此依赖树时出现问题（可能会付出巨大的代价），则很难接受错误。此外，类模板实例化可能会产生运行时副作用。

给定函数签名中依赖于参数的编译时函数调用，重载解析可能会导致函数定义的实例化，这些函数定义仅辅助于重载集中的函数定义，包括甚至未被调用的函数。此类实例化可能会产生副作用，包括格式错误和运行时行为。

可以肯定的是，这是一个极端情况，但如果您不要求人们选择加入constexpr功能，则可能会发生不好的事情。

对于constexpr对象，某些类型可以生成核心常量表达式，这些表达式可在常量表达式上下文中使用，而无需声明constexpr。但是，您并不真正希望编译器在编译时尝试计算每个表达式。这就是不断传播的目的。另一方面，在编译时记录何时需要发生某些事情似乎非常重要。

[注意，我完全改变了我的答案]

为了回答你的第二个问题，这里有两种情况的编译器：

  1. 编译器必须能够处理任意constexpr函数。在这种情况下，您仍然会遇到停止问题，因为输入集是constexpr函数和对它们的调用的所有组合。

  2. 编译器可以处理一组有限的constexpr函数。在这种情况下，编译器实际上可以确定某些程序是否会导致无限循环，而其他程序将无法编译（因为它们不在有效输入集中）。

因此，据推测，这些限制已经到位，以便它满足情况 2 的合理编译器工作量。

这一决定背后既有技术原因，也有意识形态原因。

  • 默认情况下，我们并不总是想要constexpr自己 - 它可能需要编译时间太长。这是第一。 想象一下你实现了 isPrime功能，您有 100 个大 constexpr 通话传入的值。我认为你（在大多数情况下）不想做编译器编译它的时间延长了几分钟，因为它决定在编译时本身需要这些值。但如果情况正是如此 - 手动指定constexpr修饰符。这增加了下一点：

  • 向后兼容性 - 假设每个可能的 C++98 程序作者将此程序转换为 C++11 都想要constexpr是不明智的。

  • 第二点是确定函数是否可以constexpr本身需要编译时间。如果它试图为每个可能的功能这样做，则需要一些额外的时间开销。甚至更多，通常是编译器根本无法确定给定的函数是否可以是 constexpr，所以你的第一个假设是不正确的。

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