c++ - 编译时数学函数的 constexpr vs 模板？

Question

我对 C++2011 的新关键字 constexpr 很困惑。我想知道在编写编译时函数(尤其是数学函数)时在哪里使用 constexpr 以及在哪里使用模板元编程。例如，如果我们采用整数 pow 函数:

// 1 : 
template <int N> inline double tpow(double x)
{
    return x*tpow<N-1>(x);
}
template <> inline double tpow<0>(double x)
{
    return 1.0;
}

// 2 :
constexpr double cpow(double x, int N)
{
    return (N>0) ? (x*cpow(x, N-1)) : (1.0);
}

// 3 :
template <int N> constexpr double tcpow(double x)
{
    return x*tcpow<N-1>(x);
}
template <> constexpr double tcpow<0>(double x)
{
    return 1.0;
}

第二个和第三个函数是否等价？什么是最好的解决方案？它是否产生相同的结果:

• 如果 x 在编译时已知
• 如果 x 在编译时未知

何时使用 constexpr 以及何时使用模板元编程？

编辑 1:修改代码以包含模板的特化

Answer 1

这么晚我可能不应该回答模板元编程问题。但是，我走了。

首先，constexpr 没有在 Visual Studio 2012 中实现。如果你想为 windows 开发，那就算了。我知道，这很糟糕，我讨厌 Microsoft 不包括它。

除此之外，还有很多东西可以声明为常量，但就“您可以在编译时使用它们”而言，它们并不是真正的“常量”。例如:

const int foo[5] = { 2, 5, 1, 9, 4 };
const int bar = foo[foo[2]]; // Fail!

您认为您可以在编译时读取它，对吧？没有。但是，如果您将其设为 constexpr，则可以。

constexpr int foo[5] = { 2, 5, 1, 9, 4 };
constexpr int bar = foo[foo[2]]; // Woohoo!

Constexpr 非常适合“持续传播”优化。这意味着如果你有一个变量 X，它是在编译时根据某些条件(可能是元编程)声明的，如果它是一个 constexpr，那么编译器知道它可以在进行优化时“安全地”使用它，比如删除像 a = (X * y) 这样的指令；并用 a = 0 替换它们；如果 X 的计算结果为 0(并且满足其他条件)。

显然这很棒，因为对于许多数学函数，常数传播可以为您提供易于(使用)的过早优化。

它们的主要用途，除了深奥的东西(例如使我能够更轻松地编写编译时字节码解释器)之外，是能够制作可以同时调用和使用的“函数”或类在编译时和运行时。

基本上，它们只是填补了 C++03 中的一个漏洞，并帮助编译器进行优化。

那么你的 3 个中哪个是“最好的”？

2 可以在运行时调用，而其他只能在编译时调用。真是太好了。

还有更多内容。维基百科为您提供了“constexpr 允许这样做”的非常基本的摘要，但是模板元编程可能很复杂。 Constexpr 使它的某些部分变得容易得多。我希望我能为您提供一个清晰的示例，而不是说从数组中读取数据。

我想，一个很好的数学示例是，如果您想实现一个用户定义的复数类。仅使用模板元编程而不使用 constexpr 来编写代码会复杂一个数量级。

那么什么时候不应该使用constexpr呢？老实说，constexpr 基本上是“除了 MORE CONST 之外的 const”。通常，您可以在任何需要使用 const 的地方使用它，但有一些注意事项，例如在运行时调用时，如果函数的输入不是 const，该函数将如何执行非 const。

嗯。好的，现在就这些。我太累了，不想多说了。我希望我有帮助，如果我没有帮助，请随意给我投反对票，我会删除它。