我正在使用仿函数以下列方式生成编译时计算代码(对于长代码我深表歉意,但这是我发现重现该行为的唯一方法):
#include <array>
#include <tuple>
template <int order>
constexpr auto compute (const double h)
{
std::tuple<std::array<double,order>,
std::array<double,order> > paw{};
auto xtab = std::get<0>(paw).data();
auto weight = std::get<1>(paw).data();
if constexpr ( order == 3 )
{
xtab[0] = - 1.0E+00;
xtab[1] = 0.0E+00;
xtab[2] = 1.0E+00;
weight[0] = 1.0 / 3.0E+00;
weight[1] = 4.0 / 3.0E+00;
weight[2] = 1.0 / 3.0E+00;
}
else if constexpr ( order == 4 )
{
xtab[0] = - 1.0E+00;
xtab[1] = - 0.447213595499957939281834733746E+00;
xtab[2] = 0.447213595499957939281834733746E+00;
xtab[3] = 1.0E+00;
weight[0] = 1.0E+00 / 6.0E+00;
weight[1] = 5.0E+00 / 6.0E+00;
weight[2] = 5.0E+00 / 6.0E+00;
weight[3] = 1.0E+00 / 6.0E+00;
}
for (auto & el : std::get<0>(paw))
el = (el + 1.)/2. * h ;
for (auto & el : std::get<1>(paw))
el = el/2. * h ;
return paw;
}
template <std::size_t n>
class Basis
{
public:
constexpr Basis(const double h_) :
h(h_),
paw(compute<n>(h)),
coeffs(std::array<double,n>())
{}
const double h ;
const std::tuple<std::array<double,n>,
std::array<double,n> > paw ;
const std::array<double,n> coeffs ;
constexpr double operator () (int i, double x) const
{
return 1. ;
}
};
template <std::size_t n,std::size_t p,typename Ltype,typename number=double>
class Functor
{
public:
constexpr Functor(const Ltype L_):
L(L_)
{}
const Ltype L ;
constexpr auto operator()(const auto v) const
{
const auto l = L;
// const auto l = L();
std::array<std::array<number,p+1>,p+1> CM{},CM0{},FM{};
const auto basis = Basis<p+1>(l);
typename std::remove_const<typename std::remove_reference<decltype(v)>::type>::type w{};
for (auto i = 0u; i < p + 1; ++i)
CM0[i][0] += l;
for (auto i = 0u ; i < p+1 ; ++i)
for (auto j = 0u ; j < p+1 ; ++j)
{
w[i] += CM0[i][j]*v[j];
}
for (auto b = 1u ; b < n-1 ; ++b)
for (auto i = 0u ; i < p+1 ; ++i)
for (auto j = 0u ; j < p+1 ; ++j)
{
w[b*(p+1)+i] += CM[i][j]*v[b*(p+1)+j];
w[b*(p+1)+i] += FM[i][j]*v[(b+1)*(p+1)+j];
}
return w ;
}
};
int main(int argc,char *argv[])
{
const auto nel = 4u;
const auto p = 2u;
std::array<double,nel*(p+1)> x{} ;
constexpr auto L = 1.;
// constexpr auto L = [](){return 1.;};
const auto A = Functor<nel,p,decltype(L)>(L);
const volatile auto y = A(x);
return 0;
}
我使用带有标志的 GCC 8.2.0 进行编译:
-march=native -std=c++1z -fconcepts -Ofast -Wa,-adhln
并且在查看生成的程序集时,计算正在运行时执行。
如果我更改为紧接在下面的行注释的两行,我发现代码确实在编译时执行,只是 volatile 变量的值被放置在程序集中。
我试图生成一个更小的示例来重现该行为,但代码中的微小更改确实在编译时计算。
我以某种方式理解为什么提供 constexpr
lambda 有帮助,但我想了解为什么在这种情况下提供 double 不起作用。理想情况下,我不想提供 lambda,因为它会使我的前端更加困惑。
此代码是一个非常大的代码库的一部分,因此请忽略代码实际计算的内容,我创建此示例只是为了展示行为,仅此而已。
在不改变编译时行为的情况下,向仿函数提供 double 并将其存储为 const
成员变量的正确方法是什么?
为什么 compute()
函数中的小修改(例如,其他小修改也是如此)确实会产生编译时代码?
我想了解 GCC 提供这些编译时计算的实际条件是什么,因为我正在使用的实际应用程序需要它。
谢谢!
最佳答案
不确定您的代码何时在运行时执行以及何时在编译时执行,无论如何 C++ 语言的规则(不仅是 g++ 并忽略 as-if 规则)是 constexpr
函数
- 可以在运行时执行,并且当计算值知道运行时时必须在运行时执行(例如:来自标准输入的值)
- 可以在编译时执行,并且当结果到达严格要求编译时已知值的位置时必须在编译时执行(例如:
constexpr
变量的初始化,非类型模板参数、C 风格数组维度、static_assert()
测试) - 有一个灰色区域——当编译器知道计算编译时所涉及的值,但计算值没有到达严格要求编译时值的地方时——编译器可以选择是否计算编译时或运行时。
如果你有兴趣
const volatile auto y = A(x);
在我看来,我们处于灰色地带,编译器可以选择是在编译时还是运行时计算 y
的初始值。
如果你想要一个 y
初始化编译时,我想你可以获得这个定义它(以及前面的变量) constexpr
constexpr auto nel = 4u;
constexpr auto p = 2u;
constexpr std::array<double,nel*(p+1)> x{} ;
constexpr auto L = 1.;
// constexpr auto L = [](){return 1.;};
constexpr auto A = Functor<nel,p,decltype(L)>(L);
constexpr volatile auto y = A(x);
关于c++ - 导致运行时执行的 constexpr 仿函数中的成员,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/54749222/