constexpr 组合评估失败

Question

我尝试constexpr将 ipv4 地址解析为四位数字，但它不起作用。所以我将代码精简到失败的地方：

#include <cstdint>
#include <stdexcept>
#include <string_view>

#define WORKS 1

static constexpr uint8_t
getIpVal(const std::string_view &sv) noexcept {

    size_t pos = 0;
    auto len = sv.size();
    unsigned long val = 0;

    while (sv[pos] >= '0' && sv[pos] <= '9' && pos < len) {
        int digit = sv[pos] - '0';
        val *= 10;
        val += digit;
        if (val > UINT8_MAX) {
            return 0;
            // throw std::invalid_argument(sv.data());
        }
        ++pos;
    }

    if (pos < len) {
            return 0;
        // throw std::invalid_argument(sv.data());
    }

    return val;
}

static constexpr auto
operator""_ipv4(const char *ipv4Ptr, const size_t size) {
    const std::string_view ipv4Str(ipv4Ptr, size);

    const auto pos1 = ipv4Str.find('.');
    if (pos1 == std::string_view::npos) {
        throw std::invalid_argument(ipv4Ptr);
    }
    
    const auto str1 = ipv4Str.substr(0, pos1);

#if WORKS
    return str1;
#else
    return getIpVal(str1);
#endif
}

auto
test1() {
    return "127.0.0.1"_ipv4;
}

auto
test2() {
    return getIpVal("127");
}

我正在尝试使用编译器资源管理器来编译它：https ://godbolt.org/z/aY3ETo6ba

只要WORKS定义为1，一切似乎都工作正常：

.LC0:
        .string "127.0.0.1"
test1():
        mov     eax, 3
        mov     edx, OFFSET FLAT:.LC0
        ret
test2():
        mov     eax, 127
        ret

但如果我将其设置为零，编译器将创建一个完整的代码，其中包含一个循环来计算该数字。我不懂为什么。单个功能似乎有效，但组合起来却失败了。在我看来，它应该只创建两个带有数字的函数：

test1():
        mov     eax, 127
        ret
test2():
        mov     eax, 127
        ret

Answer 1

创建一个函数constexpr意味着一个函数可能会在编译时被评估。该函数是否在编译时实际求值取决于它是否在常量求值期间被调用。

在您的示例中，您在评估常量的过程中没有调用""_ipv4, 或。getIpVal因此，函数是直接返回答案还是调用循环，取决于编译器进行优化。例如，Clang 优化代码以生成直接返回值的程序集。https://godbolt.org/z/zz3oj3Mor

如果要保证在不断求值期间调用函数，可以将结果分配给变量constexpr，例如

constexpr auto n = getIpVal("127");

现在您将收到一条编译器错误消息：

while (sv[pos] >= '0' && sv[pos] <= '9' && pos < len)

是不正确的。这是因为您sv在检查pos索引是否有效之前要对其进行索引。通常这将是 UB，但是在编译时没有 UB，并且您强制编译器在编译时评估该函数，因此您会得到一个很好的诊断。

保证函数在编译时被调用的另一种方法是使其成为一个consteval函数。但是，此类函数只能在编译时调用，因此如果您需要使用非常量参数（例如从用户处获得的参数）调用此函数，则此函数将不起作用。