为什么拥有多行constexpr功能是不正确的？

Question

根据广义常量表达式 - 修订版5,以下是非法的.

constexpr int g(int n) // error: body not just ‘‘return expr’’
{
    int r = n;
    while (--n > 1) r *= n;
    return r;
}

这是因为所有'constexpr'函数都必须具有这种形式{ return expression; }.我看不出有任何理由需要这样做.

在我看来,唯一真正需要的是不读取/写入外部状态信息,传入的参数也是'constexpr'语句.这意味着对具有相同参数的函数的任何调用都将返回相同的结果,因此可以在编译时"知道".

我的主要问题是,它似乎只是强迫你做一些真正的回旋形式的循环,并希望编译器优化它,以便它对非constexpr调用同样快.

要constexpr为上面的例子写一个有效的,你可以这样做:

constexpr int g(int n) // error: body not just ‘‘return expr’’
{
    return (n <= 1) ? n : (n * g(n-1));
}

但是这很难理解,你必须希望编译器在使用违反要求的参数调用时处理尾递归const-expr.

Answer 1

原因是编译器已经有很多工作,而且还不是一个成熟的解释器,能够评估任意C++代码.

如果他们坚持单一表达,他们会限制要大幅考虑的案件数量.松散地说,它简化了很多东西,特别是没有分号.

每次;遇到a 时,都意味着编译器必须处理副作用.这意味着在前面的语句中更改了某些本地状态,以下语句将依赖于该语句.这意味着被评估的代码不再仅仅是一系列简单的操作,每个操作都将前一个操作的输出作为输入,但也需要访问内存,这更难以推理.

简而言之,这个:

7 * 2 + 4 * 3

很容易计算.您可以构建一个如下所示的语法树:

   +
  /\
 /  \
 *   *
/\  /\
7 2 4 3

并且编译器可以简单地遍历这个树,在每个节点上执行这些原始操作,并且根节点隐含地是表达式的返回值.

如果我们使用多行编写相同的计算,我们可以这样做:

int i0 = 7;
int i1 = 2;
int i2 = 4;
int i3 = 3;

int i4 = i0 * i1;
int i5 = i2 * i3;
int i6 = i4 + i5;
return i6;

这很难解释.我们需要处理内存读写,我们必须处理return语句.我们的语法树变得复杂得多.我们需要处理变量声明.我们需要处理没有返回值的语句(例如,循环或内存写入),但只是在某处修改某些内存.哪个记忆？哪里？如果它意外地覆盖了一些编译器自己的内存怎么办？如果它是段错误怎么办？

即便没有一切讨厌的"假设的,编译器的代码来解释只是得到了很多更复杂.语法树现在看起来是这样的:(LD和ST分别加载和存储操作)

    ;    
    /\
   ST \
   /\  \
  i0 3  \
        ;
       /\
      ST \
      /\  \
     i1 4  \
           ;
          /\
         ST \
         / \ \
       i2  2  \
              ;
             /\
            ST \
            /\  \
           i3 7  \
                 ;
                /\
               ST \
               /\  \
              i4 *  \
                 /\  \
               LD LD  \
                |  |   \
                i0 i1   \
                        ;
                       /\
                      ST \
                      /\  \
                     i5 *  \
                        /\  \
                       LD LD \
                        |  |  \
                        i2 i3  \
                               ;
                              /\
                             ST \
                             /\  \
                            i6 +  \
                               /\  \
                              LD LD \
                               |  |  \
                               i4 i5  \
                                      LD
                                       |
                                       i6

它不仅看起来更复杂,而且现在也需要状态.之前,每个子树都可以单独解释.现在,他们都依赖于该计划的其余部分.LD叶子操作之一没有意义,除非它被放置在树中,以便ST先前在同一位置上执行操作.

Answer 2

为了防止这里出现任何混淆,您要知道constexpr函数/表达式是在编译时进行评估的.没有涉及运行时性能问题.

知道了这一点,他们只允许在constexpr函数中使用单个return语句的原因是编译器实现者不需要编写虚拟机来计算常量值.

我担心QoI问题.我想知道编译器实现者是否足够聪明来执行memoization？

constexpr fib(int n) { return < 2 ? 1 : fib(n-1) + fib(n-2); }

没有memoization,上面的函数有O(2 ⁿ)的复杂性,即使在编译时,这肯定不是我想要的.