Обчислювальна довжина рядка C під час компіляції. Це справді constexpr?

Я намагаюся обчислити довжину рядкового літералу під час компіляції. Для цього я використовую такий код:

#include <cstdio>

int constexpr length(const char* str)
{
    return *str ? 1 + length(str + 1) : 0;
}

int main()
{
    printf("%d %d", length("abcd"), length("abcdefgh"));
}

Все працює належним чином, програма друкує 4 і 8. Код збірки, згенерований clang, показує, що результати обчислюються під час компіляції:

0x100000f5e:  leaq   0x35(%rip), %rdi          ; "%d %d"
0x100000f65:  movl   $0x4, %esi
0x100000f6a:  movl   $0x8, %edx
0x100000f6f:  xorl   %eax, %eax
0x100000f71:  callq  0x100000f7a               ; symbol stub for: printf

Моє запитання: чи гарантується стандартом, що lengthфункція буде оцінюватися під час компіляції?

Якщо це правда, для мене просто відкрилися двері для обчислень строкових літералів часу компіляції ... наприклад, я можу обчислювати хеші під час компіляції та багато іншого ...

Постійні вирази не гарантовано обчислюються під час компіляції, ми маємо лише ненормативну цитату з проекту стандартного розділу C ++, 5.19 Постійні вирази, де це сказано:

[...]> [Примітка: Постійні вирази можна обчислювати під час перекладу - кінцева примітка]

Ви можете призначити результат constexprзмінній, щоб переконатися, що він обчислюється під час компіляції, ми можемо побачити це з посилання на Bjarne Stroustrup C ++ 11, в якому сказано ( наголос мій ):

Окрім того, що ми можемо оцінювати вирази під час компіляції, ми хочемо мати можливість вимагати, щоб вирази оцінювались під час компіляції; constexpr перед визначенням змінної робить це (і передбачає const):

Наприклад:

constexpr int len1 = length("abcd") ;

Bjarne Stroustrup дає короткий опис того, коли ми можемо забезпечити компіляцію оцінки часу в цьому записі в блозі isocpp, і каже:

[...] Правильна відповідь - як зазначив Herb - полягає в тому, що згідно зі стандартом функція constexpr може оцінюватися під час компілятора або під час виконання, якщо вона не використовується як константний вираз, і в цьому випадку вона повинна бути оцінена під час компіляції -час. Щоб гарантувати оцінку часу компіляції, ми мусимо використовувати його там, де потрібен константний вираз (наприклад, як масив, прив'язаний або як мітку справи), або використовувати для ініціалізації constexpr. Я сподівався б, що жоден поважаючий себе компілятор не пропустить можливості оптимізації, щоб зробити те, що я спочатку сказав: "Функція constexpr оцінюється під час компіляції, якщо всі її аргументи є постійними виразами".

Отже, це окреслює два випадки, коли його слід оцінювати під час компіляції:

1. Використовуйте його там, де потрібен константний вираз, здається, це десь у проекті стандарту, де використовується фраза shall be ... converted constant expressionабо shall be ... constant expression, наприклад, пов’язаний масив.
2. Використовуйте його для ініціалізації а, constexprяк я зазначив вище.

Дійсно легко з'ясувати, чи викликає виклик constexprфункції основний константний вираз, чи це просто оптимізація:

Використовуйте його в контексті, де потрібен постійний вираз.

int main()
{
    constexpr int test_const = length("abcd");
    std::array<char,length("abcdefgh")> test_const2;
}

Тільки зауважимо, що сучасні компілятори (наприклад gcc-4.x) роблять strlenдля рядкових літералів під час компіляції, оскільки це зазвичай визначається як внутрішня функція . Без увімкненої оптимізації. Хоча результат - не константа часу компіляції.

Наприклад:

printf("%zu\n", strlen("abc"));

Призводить до:

movl    $3, %esi    # strlen("abc")
movl    $.LC0, %edi # "%zu\n"
movl    $0, %eax
call    printf

Дозвольте мені запропонувати іншу функцію, яка обчислює довжину рядка під час компіляції, не будучи рекурсивною.

template< size_t N >
constexpr size_t length( char const (&)[N] )
{
  return N-1;
}

Погляньте на цей зразок коду на Ideone .

Немає гарантії, що constexprфункція оцінюється під час компіляції, хоча будь-який розумний компілятор буде робити це на відповідних рівнях оптимізації. З іншого боку, параметри шаблону повинні оцінюватися під час компіляції.

Я використав наступний фокус, щоб змусити оцінку під час компіляції. На жаль, він працює лише з інтегральними значеннями (тобто не зі значеннями з плаваючою комою).

template<typename T, T V>
struct static_eval
{
  static constexpr T value = V;
};

Тепер, якщо ви пишете

if (static_eval<int, length("hello, world")>::value > 7) { ... }

Ви можете бути впевнені, що ifоператор - це константа часу компіляції без накладних витрат на час виконання.

Коротке пояснення із запису Вікіпедії про узагальнені константні вирази :

Використання constexpr для функції накладає певні обмеження на те, що ця функція може зробити. По-перше, функція повинна мати недійсний тип повернення. По-друге, тіло функції не може оголошувати змінні або визначати нові типи. По-третє, тіло може містити лише декларації, нульові оператори та один оператор повернення. Повинні існувати значення аргументів, щоб після заміни аргументу вираз у операторі return давав постійний вираз.

Наявність constexprключового слова перед визначенням функції вказує компілятору перевірити, чи виконуються ці обмеження. Якщо так, і функція викликається з константою, повернене значення гарантується постійним і, отже, може використовуватися де завгодно, коли потрібен константний вираз.