c++ - 3D vector 的高效除法运算符

Question

我有一个简单的 3D vector 类模板:

template <typename T>
struct Vec3
{
    T x, y, z;  // vector components
    ...
}

其中模板参数 T 可以是 int、float 或 double(现在无论如何)。重载除法运算符时我有两个要求:

• 它必须尽可能高效。
• 它必须只对浮点类型可用

我想到了这个简短的实现:

template <typename = std::enable_if_t<std::is_floating_point_v<T>>>
Vec3 operator/(T a) const
{
    assert(a != 0);
    T inva = static_cast<T>(1.0)/a;
    return Vec3{inva*x, inva*y, inva*z};
}

关于这段代码的几个问题:

• 是否有另一种非 SFINAE 方法将此成员函数限制为 float 点类型？ (我正在使用 C++17)
• 现代编译器是否足够聪明，可以先计算除法，然后 然后执行三次乘法？是不是浪费时间 和表现力自己做这件事？

• 是否值得为常量 1.0 使用变量模板？编译器是否足够聪明，可以在编译时执行 static_cast ？ C++ static_cast runtime overhead

  template<typename T>
  constexpr T one = T(1.0);
  

编辑:gcc 不介意，但 clang 不会编译上面的代码。这是因为我对 SFINAE 的使用不正确。正确的实现是

template <typename U = T,
          typename = std::enable_if_t<std::is_floating_point_v<U>>>
Vec3 operator/(T a) const
{
    ...
}

可在此处找到更多详细信息:std::enable_if to conditionally compile a member function

Answer 1

• Is there another non-SFINAE way to restrict this member function to floating point types? (I am using C++17)

• 类的完全或部分特化(对于部分特化，需要进行更改以使类 SFINAE 友好)。

• 重载为自由函数(因为 std::is_floating_point_v 仅对少数类型为真(float、double、long double(+ cv_variant)))

  Vec3<float> operator / (const Vec3<float>& vec, float value) {/*..*/}
  Vec3<double> operator / (const Vec3<float>& vec, float value) {/*..*/}
  Vec3<long double> operator / (const Vec3<float>& vec, float value) {/*..*/}
  

SFINAE 似乎是更好的选择。

C++20 将引入 requires彻底丢弃这些方法:

Vec3 operator/(T a) const requires(std::is_floating_point_v<T>) {/*..*/}

• Are modern compilers smart enough to compute the division first and then perform three multiplications? Is it a waste of time and expressiveness to do that myself?

对于 float ，结果可能会有所不同，因此编译器不会这样做(除非它可以确保产生相同的结果)。

• Is it worth using a variable template for the constant 1.0? Will the compiler be smart enough to do the static_cast at compile time?

我会信任编译器来替换代码static_cast<float>(1.0)通过 1.f .