CppCoreGuidelines Per.11 把计算从运行时转移到编译时

07 June 2023

“Move computation from run time to compile time”

理由

降低代码长度，减少运行时间。用常量避免数据竞争。捕获编译时错误，从而避免运行时的出错处理。

例子

double square(double d) { return d*d; }
static double s2 = square(2);    // old-style: dynamic initialization

constexpr double ntimes(double d, int n)   // assume 0 <= n
{
        double m = 1;
        while (n--) m *= d;
        return m;
}
constexpr double s3 {ntimes(2, 3)};  // modern-style: compile-time initialization

像这样给 s2 赋初值的情况很常见，有时候还会有比 square() 更复杂的情况。相比 s3 的初始化过程，存在这些问题：

在运行时有一次额外的函数调用开销
s2 可能在初始化之前被其他现场访问过

注意，对于常量，你不会遇到数据竞争情况。

例子

考虑以下一个常用技巧：在一个句柄中保存小对象，在堆中保存大对象。

constexpr int on_stack_max = 20;

template<typename T>
struct Scoped {     // store a T in Scoped
        // ...
    T obj;
};

template<typename T>
struct On_heap {    // store a T on the free store
        // ...
        T* objp;
};

template<typename T>
using Handle = typename std::conditional<(sizeof(T) <= on_stack_max),
                    Scoped<T>,      // first alternative
                    On_heap<T>      // second alternative
               >::type;

void f()
{
    Handle<double> v1;                   // the double goes on the stack
    Handle<std::array<double, 200>> v2;  // the array goes on the free store
    // ...
}

假设 Scoped 和 On_heap 提供互相兼容的用户接口。此处，我们就可以在编译时计算出最合适的类型。另外，我们也有相似的技术，选择需要调用哪个函数。

注意

不要在编译时计算所有东西。显然，大部分的计算都依赖于输入值，所以不能全部转移到编译时。但是，另一点也值得注意，编译时的计算太复杂的话，会严重导致编译速度变慢，也影响调试效率。有时候，也会因为编译时的计算，影响代码性能。有一点，很少人知道，把一个计算过程分拆到子模块中，可能会导致指令缓存的效率变低。

强化

检查简单函数，是否可以做成 constexpr
检查调用某函数时，其参数都是常量的情况
检查宏，是否可以写成 constexpr

technology 379

CppCoreGuidelines 475