为什么在增加 -fconstexpr-步数后无法解析常量表达式？

Why can't I resolve a constant expression after increasing -fconstexpr-steps?

本文关键字：常量 表达式 增加 -fconstexpr- 为什么      更新时间：2023-10-16

以以下constexpr为例：

#include <iostream>
constexpr int fib(const int i)
{
if (i == 0) return 0;
if (i == 1) return 1;
return fib(i-1) + fib(i-2);
}
int main(){
std::cout << fib(45) << 'n';
}

尽管它是constexpr，但在编译时它不是求值的
我学到的强制执行编译时评估的技巧如下：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#define COMPILATION_EVAL(e) (std::integral_constant<decltype(e), e>::value)
constexpr int fib(const int i)
{
if (i == 0) return 0;
if (i == 1) return 1;
return fib(i-1) + fib(i-2);
}
int main(){
std::cout << COMPILATION_EVAL(fib(45)) << 'n';
}

这是g++，但是我在clang++中得到以下错误：

clang++-3.9 --std=c++1z -o main main.cpp 
main.cpp:14:33: error: non-type template argument is not a constant expression
std::cout << COMPILATION_EVAL(fib(45)) << 'n';
^~~~~~~
main.cpp:4:66: note: expanded from macro 'COMPILATION_EVAL'
#define COMPILATION_EVAL(e) (std::integral_constant<decltype(e), e>::value)
^
main.cpp:9:3: note: constexpr evaluation hit maximum step limit; possible infinite loop?
if (i == 1) return 1;
^
main.cpp:10:21: note: in call to 'fib(7)'
return fib(i-1) + fib(i-2);
^
main.cpp:10:21: note: in call to 'fib(9)'
main.cpp:10:10: note: in call to 'fib(11)'
return fib(i-1) + fib(i-2);
^
main.cpp:10:10: note: in call to 'fib(12)'
main.cpp:10:10: note: in call to 'fib(13)'
main.cpp:10:21: note: (skipping 23 calls in backtrace; use -fconstexpr-backtrace-limit=0 to see all)
return fib(i-1) + fib(i-2);
^
main.cpp:10:10: note: in call to 'fib(41)'
return fib(i-1) + fib(i-2);
^
main.cpp:10:10: note: in call to 'fib(42)'
main.cpp:10:10: note: in call to 'fib(43)'
main.cpp:10:10: note: in call to 'fib(44)'
main.cpp:14:33: note: in call to 'fib(45)'
std::cout << COMPILATION_EVAL(fib(45)) << 'n';
^
1 error generated.

我已经尝试增加constexpr步骤，但clang仍然不会编译代码：

clang++-3.9 -fconstexpr-depth=99999999 -fconstexpr-backtrace-limit=9999999 -fconstexpr-steps=99999999 --std=c++1z -o main main.cpp

我必须为clang做些什么才能按原样编译此代码？

叮当++：

clang version 3.9.0-svn267343-1~exp1 (trunk)

g++：

g++ (Ubuntu 5.1.0-0ubuntu11~14.04.1) 5.1.0

clang不存储constexpr函数调用。

有人也遇到了类似的问题。

fib(47)中的步骤数是2^45或35184372088832的数量级。如果你在-fconstexpr-steps=发送这么多步骤，你会得到：：

error: invalid integral value '35184372088832' in '-fconstexpr-steps 35184372088832'

基本上，价值太大了。即使不是，由于缺乏记忆，编译器也可能在运行那么多步骤之前就爆炸了。(好吧，phi^47更接近递归步骤的数量，但这仍然是36位的大小，clang将constexpr-steps存储在32位无符号int中，因此没有骰子)

记忆化是一种跟踪什么值映射到什么结果的方法。所以g++通过首先评估fib(46)，然后一直到fib(1)和fib(0)来评估fib。然后它评估fib(45)，但它在计算fib(46)时已经这样做了，所以它只是查找结果并使用它

g++运行O(N+1)个步骤来计算fib(47)。Clang不存储和跟踪以前调用fib的结果，因此它探索递归调用的二进制树。这需要比任何合理数量的步骤都多的步骤，而且它没有达到深度限制或递归限制，而是达到了步骤限制。

记忆的代价是它使用了更多的内存。

为了使clang按原样编译程序，您必须修改clang编译器源代码本身，以便为其constexpr评估引擎添加内存。

您遇到的问题似乎超出了实现定义的限制，这将使对fib的调用不是一个常量表达式：

条件表达式e是核心常量表达式，除非e的评估，遵循抽象机的规则([intro.execution])，将评估以下表达式之一：

  • 一个将超过实施定义限制的表达式(见附件[implimits])

特别是：

  • 递归constexpr函数调用[512]

可能还有：

  • 对象的大小[262 144]

。

指标是clang认为int arr[fib(3)];很好，但抱怨int arr[fib(45)];，给出了一个相当误导性的诊断。

为了解决这个问题，我会使用fibonacci的迭代算法，它会更快，并解决递归深度问题。

根据5.20[expr.const]第2.6段：，评估constexpr时，不允许有未定义的行为

本国际标准第1条至第16条中规定的具有未定义行为的操作[注：例如，包括有符号整数溢出(第5条)…]

溢出一个有符号整数对象是未定义的行为，fib(45)是一个相当大的值(我预计会提前溢出…)

constexpr unsigned int fib(unsigned int i) { ... }

假定朴素斐波那契的复杂度为O(2^N)，则99999999远小于2^45。所以您可以尝试放入-fconstexpr-steps=35184372088832，但我怀疑这会达到一些内部编译器的限制。

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