如何在模板中定义浮点常量.避免在运行时强制转换

How to define floating point constants within template. Avoid casts at run-time

本文关键字：运行时 转换 定义 浮点常量      更新时间：2023-10-16

假设我有一个简单的函数可以做这样的事情：

template<typename T>
T get_half(T a){
    return 0.5*a;
}

该函数通常将在T为双或浮点的情况下进行评估。标准规定0.5将是一个双精度（0.5f表示浮动）。如何编写上面的代码，使0.5始终是T类型，以便在评估产品或退货时没有强制转换？我希望0.5在编译时是一个T类型的常数。这个问题的重点是，我希望避免在运行时进行转换。

例如，如果我写：

template<typename T>
T get_half(T a){
    return T(0.5)*a;
}

我能绝对确定T（0.5）是在编译时评估的吗？如果没有，实现这一目标的正确方法是什么？如果需要的话，我可以使用c++11。

提前谢谢。

在c++11中，我有一个numeric_traits类，如下所示（在头文件中）

template<typename Scalar>
struct numeric_traits{
    static constexpr Scalar one_half = 0.5;
    //Many other useful constants ....
};

所以在我的代码中，我会使用这个作为：

template<typename T>
T get_half(T a){
    return numeric_traits<T>::one_half*a;
}

这就是我想要的，即0.5在编译时以我需要的精度解析，并且在运行时不会发生强制转换。然而，缺点是：

  • 每次需要新常量时，我都需要修改numeric_traits
  • sintax可能太烦人了？（当然，这不是什么大问题）
  • 最好是有这样的东西：常量（0.5），它在运行时解析为T类型

再次提前感谢您。

没有也不可能有任何方法强制在运行时永远不计算常量，因为有些机器根本没有一条指令可以加载一种类型的所有可能值。例如，机器可能只有16位加载常量指令，其中0x12345678需要在运行时计算为0x1234 << 16 | 0x5678。或者，这样一个常数可以从内存中加载，但这可能是一个比计算它更昂贵的操作

你需要稍微相信你的编译器。在可行的系统上，任何具有任何优化量的编译器都将以翻译0.5f的方式翻译T(0.5)，假设T是float。0.5f将以对您的平台最合理的方式进行计算。这可能涉及将其加载为常量，也可能涉及计算它。或者谁知道呢，如果得到相同的结果，编译器可能会将T(0.5)*a更改为a/2。

在您的问题中，您将给出一个添加numeric_traits辅助类的示例。国际海事组织认为，这太过分了。在constexpr产生影响的极不可能的情况下，您可以只写

template <typename T>
T get_half(T a) {
    constexpr T half = 0.5;
    return half * a;
}

然而，在我看来，这仍然弊大于利：您的get_half现在不能再与非文字类型一起使用。它需要类型来支持常量表达式中double的转换。假设您有一个任意精度的rational类型，编写时没有考虑constexpr。现在不能使用get_half，因为初始化constexpr T half = 0.5;无效，即使0.5 * a可能已经编译。

即使使用numeric_traits帮助程序类，情况也是如此；它并不是因为我把它移到了函数体中而无效。

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