C++ 编译器如何如此快速地评估递归 constexpr 函数？

Question

我一直在学习 C++constexpr函数，我实现了一个constexpr递归函数来找到第 n 个斐波那契数。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cmath>
#include <algorithm>
#include <vector>

constexpr long long fibonacci(int num) {
    if (num <= 2) return 1;
    return fibonacci(num - 1) + fibonacci(num - 2);
}

int main() {
    auto start = clock();
    long long num = fibonacci(70);
    auto duration = (clock() - start) / (CLOCKS_PER_SEC / 1000.);
    std::cout << num << "\n" << duration << std::endl;
}

如果我constexpr从fibonacci()函数中删除标识符，则fibonacci(70)需要很长时间来评估（超过 5 分钟）。然而，当我保持原样时，程序仍然在 3 秒内编译，并在不到0.1几毫秒的时间内打印出正确的结果。

我了解到constexpr函数是在编译时计算的，所以这意味着fibonacci(70)编译器在不到 3 秒的时间内计算出来！但是，C++ 编译器比 C++ 代码具有更好的计算性能似乎不太正确。

我的问题是，在我按下“构建”按钮和编译完成之间，C++ 编译器是否真的评估了函数？还是我误解了关键字constexpr？

编辑：这个程序是g++ 7.5.0用--std=c++17.

Answer 1

constexpr函数没有副作用，因此可以放心地记忆。鉴于运行时的差异，最简单的解释是编译器在编译时记忆 constexpr 函数。这意味着fibonacci(n)对于 each 只计算一次n，并且所有其他递归调用都从查找表中返回。

Answer 2

为其他人指出的内容添加一些细节：constexpr不必在运行时计算函数，并且可以影响它的参数之一是-fconstexpr-ops-limit.

在 GCC 10.2.0 上，-fconstexpr-ops-limit=1000000000(1B) 并fibonacci(40)生成预编译值，但如果将限制降低到 10000000 (10M)，则函数将在运行时计算。如果要确保始终在编译时计算该值，则需要在函数之外标记long long num为。constexprfibonacci

注意：相反的例子是在编译时计算的非 constexpr 函数（优化后），并用 标记它__attribute__ ((const))可能有助于编译器做出这样的决定。但是，我的编译器没有优化它。