Obliczanie długości łańcucha C w czasie kompilacji. Czy to naprawdę constexpr?

Próbuję obliczyć długość literału ciągu w czasie kompilacji. Aby to zrobić, używam następującego kodu:

#include <cstdio>

int constexpr length(const char* str)
{
    return *str ? 1 + length(str + 1) : 0;
}

int main()
{
    printf("%d %d", length("abcd"), length("abcdefgh"));
}

Wszystko działa zgodnie z oczekiwaniami, program wypisuje 4 i 8. Kod asemblera wygenerowany przez clang pokazuje, że wyniki są obliczane w czasie kompilacji:

0x100000f5e:  leaq   0x35(%rip), %rdi          ; "%d %d"
0x100000f65:  movl   $0x4, %esi
0x100000f6a:  movl   $0x8, %edx
0x100000f6f:  xorl   %eax, %eax
0x100000f71:  callq  0x100000f7a               ; symbol stub for: printf

Moje pytanie: czy standard gwarantuje, że lengthfunkcja będzie oceniana w czasie kompilacji?

Jeśli to prawda, drzwi do obliczeń literałów ciągów w czasie kompilacji właśnie otworzyły się dla mnie ... na przykład mogę obliczyć skróty w czasie kompilacji i wiele więcej ...

Nie ma gwarancji, że wyrażenia stałe zostaną ocenione w czasie kompilacji, mamy tylko nienormatywny cytat z wersji roboczej C ++ sekcji standardowej 5.19 Wyrażenia stałe, który mówi tak:

[...]> [Uwaga: wyrażenia stałe można oceniać podczas tłumaczenia. — uwaga końcowa]

Możesz przypisać wynik do constexprzmiennej, aby upewnić się, że jest ona oceniana w czasie kompilacji, możemy to zobaczyć z referencji C ++ 11 Bjarne Stroustrupa, która mówi ( wyróżnienie moje ):

Oprócz możliwości oceny wyrażeń w czasie kompilacji, chcemy móc wymagać, aby wyrażenia były oceniane w czasie kompilacji; constexpr przed definicją zmiennej robi to (i implikuje const):

Na przykład:

constexpr int len1 = length("abcd") ;

Bjarne Stroustrup podaje podsumowanie, kiedy możemy zapewnić ocenę czasu kompilacji w tym wpisie na blogu isocpp i mówi:

[...] Prawidłową odpowiedzią - jak stwierdził Herb - jest to, że zgodnie ze standardem funkcja constexpr może być oceniana w czasie kompilacji lub w czasie wykonywania, chyba że jest używana jako wyrażenie stałe, w którym to przypadku musi być oceniana podczas kompilacji -czas. Aby zagwarantować ocenę czasu kompilacji, musimy użyć go tam, gdzie wymagane jest stałe wyrażenie (np. Jako powiązana tablica lub jako etykieta przypadku) lub użyć go do zainicjowania constexpr. Mam nadzieję, że żaden szanujący się kompilator nie przegapi okazji do optymalizacji, aby zrobić to, co pierwotnie powiedziałem: „Funkcja constexpr jest oceniana w czasie kompilacji, jeśli wszystkie jej argumenty są wyrażeniami stałymi”.

To przedstawia dwa przypadki, w których powinno się to oceniać w czasie kompilacji:

1. Użyj go tam, gdzie wymagane jest stałe wyrażenie, wydaje się, że znajduje się ono w dowolnym miejscu w standardowym projekcie, w którym fraza shall be ... converted constant expressionlub shall be ... constant expressionjest używana, na przykład w powiązaniu z tablicą.
2. Użyj go, aby zainicjować, constexprjak opisałem powyżej.

Naprawdę łatwo jest dowiedzieć się, czy wywołanie constexprfunkcji powoduje powstanie podstawowego wyrażenia stałego, czy tylko jest optymalizowane:

Użyj go w kontekście, w którym wymagane jest stałe wyrażenie.

int main()
{
    constexpr int test_const = length("abcd");
    std::array<char,length("abcdefgh")> test_const2;
}

Tylko uwaga, że ​​nowoczesne kompilatory (takie jak gcc-4.x) robią strlendla literałów łańcuchowych w czasie kompilacji, ponieważ jest zwykle definiowana jako funkcja wewnętrzna . Bez włączonej optymalizacji. Chociaż wynik nie jest stałą czasową kompilacji.

Na przykład:

printf("%zu\n", strlen("abc"));

Prowadzi do:

movl    $3, %esi    # strlen("abc")
movl    $.LC0, %edi # "%zu\n"
movl    $0, %eax
call    printf

Pozwólcie, że zaproponuję inną funkcję, która oblicza długość łańcucha w czasie kompilacji bez rekurencji.

template< size_t N >
constexpr size_t length( char const (&)[N] )
{
  return N-1;
}

Spójrz na ten przykładowy kod w ideone .

Nie ma gwarancji, że constexprfunkcja jest oceniana w czasie kompilacji, chociaż każdy rozsądny kompilator wykona to na odpowiednich, włączonych poziomach optymalizacji. Z drugiej strony parametry szablonu muszą być oceniane w czasie kompilacji.

Użyłem następującej sztuczki, aby wymusić ocenę w czasie kompilacji. Niestety działa tylko z wartościami całkowitymi (tj. Nie z wartościami zmiennoprzecinkowymi).

template<typename T, T V>
struct static_eval
{
  static constexpr T value = V;
};

Teraz, jeśli napiszesz

if (static_eval<int, length("hello, world")>::value > 7) { ... }

możesz być pewien, że ifinstrukcja jest stałą czasu kompilacji bez narzutu czasu wykonywania.

Krótkie wyjaśnienie z wpisu Wikipedii o uogólnionych wyrażeniach stałych :

Użycie constexpr na funkcji nakłada pewne ograniczenia na to, co ta funkcja może zrobić. Po pierwsze, funkcja musi mieć zwrotny typ, który nie jest pusty. Po drugie, treść funkcji nie może deklarować zmiennych ani definiować nowych typów. Po trzecie, treść może zawierać tylko deklaracje, instrukcje null i jedną instrukcję powrotu. Muszą istnieć takie wartości argumentów, że po podstawieniu argumentów wyrażenie w instrukcji return tworzy wyrażenie stałe.

Umieszczenie constexprsłowa kluczowego przed definicją funkcji instruuje kompilator, aby sprawdzić, czy te ograniczenia są spełnione. Jeśli tak, a funkcja jest wywoływana ze stałą, gwarantuje się, że zwracana wartość będzie stała, a zatem może być używana wszędzie tam, gdzie wymagane jest wyrażenie stałe.