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考虑以下简单函数

void foo_rt(int n) {
    for(int i=0; i<n; ++i) {
        // ... do something relatively cheap ...
    }
}

如果我n在编译时知道参数，我可以编写相同函数的模板版本：

template<int n>
void foo_ct() {
    for(int i=0; i<n; ++i) {
        // ... do something relatively cheap ...
    }
}

这允许编译器执行循环展开之类的操作，从而提高速度。

但是现在假设我有时在编译时知道n，有时只在运行时知道。如何在不维护两个版本的函数的情况下实现这一点？我在想一些事情：

inline void foo(int n) {
    for(int i=0; i<n; ++i) {
        // ... do something relatively cheap ...
    }
}

// Runtime version
void foo_rt(int n) { foo(n); }

// Compiletime version
template<int n>
void foo_ct() { foo(n); }

但我不确定是否所有编译器都足够聪明来处理这个问题。有没有更好的办法？

编辑：

显然，一种可行的解决方案是使用宏，但我真的想避免这种情况：

#define foo_body \
{ \
    for(int i=0; i<n; ++i) { \
        // ... do something relatively cheap ... \
    } \
}

// Runtime version
void foo_rt(int n) foo_body

// Compiletime version
template<int n>
void foo_ct() foo_body
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5 回答 5

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我以前做过这个，使用integral_variable类型和std::integral_constant. 这看起来像是很多代码，但如果你再看一遍，它实际上只是一系列非常简单的四个部分，其中一个只是演示代码。

#include <type_traits>

//type for acting like integeral_constant but with a variable
template<class underlying>
struct integral_variable {
    const underlying value;
    integral_variable(underlying v) :value(v) {}
}; 

//generic function
template<class value> 
void foo(value n) {
    for(int i=0; i<n.value; ++i) {
        // ... do something relatively cheap ...
    }
} 

//optional: specialize so callers don't have to do casts
void foo_rt(int n) { return foo(integral_variable<int>(n)); }
template<int n>
void foo_ct() { return foo(std::integral_constant<unsigned, n>()); }
//notice it even handles different underlying types.  Doesn't care.

//usage is simple
int main() {
    foo_rt(3);
    foo_ct<17>();
}
于 2012-06-08T20:02:18.427 回答
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尽管我很欣赏DRY 原则，但我认为没有办法将它写两次。

尽管代码相同，但这是两个非常不同的操作——使用已知值与使用未知值。

您希望将已知的优化放在快速轨道上，而未知的优化可能不符合条件。

我要做的是将所有不依赖于 n 的代码分解到另一个函数中（希望是for循环的整个主体），然后让模板化和非模板化版本在它们的循环中调用它。这样，您唯一重复的是for循环的结构，我认为这没什么大不了的。

于 2012-06-08T19:55:42.033 回答
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如果一个值在编译时已知，则通过模板将其路由为模板参数不会使其在编译时更加已知。我认为不太可能有任何编译器会内联和优化函数，因为变量是模板参数而不是其他类型的编译时间常数。

根据您的编译器，您甚至可能不需要该函数的两个版本。优化编译器很可能只能够优化使用常量表达式参数调用的函数。例如：

extern volatile int *I;

void foo(int n) {
    for (int i=0;i<n;++i)
        *I = i;
}

int main(int argc,char *[]) {
    foo(4);
    foo(argc);
}

我的编译器将其转换为从 0 到 3 的内联展开循环，然后是 argc 上的内联循环：

main:                                   # @main
# BB#0:                                 # %entry
        movq    I(%rip), %rax
        movl    $0, (%rax)
        movl    $1, (%rax)
        movl    $2, (%rax)
        movl    $3, (%rax)
        testl   %ecx, %ecx
        jle     .LBB1_3
# BB#1:                                 # %for.body.lr.ph.i
        xorl    %eax, %eax
        movq    I(%rip), %rdx
        .align  16, 0x90
.LBB1_2:                                # %for.body.i4
                                        # =>This Inner Loop Header: Depth=1
        movl    %eax, (%rdx)
        incl    %eax
        cmpl    %eax, %ecx
        jne     .LBB1_2
.LBB1_3:                                # %_Z3fooi.exit5
        xorl    %eax, %eax
        ret

要获得这样的优化，您要么需要确保定义对所有翻译单元都可用（例如，通过将函数定义为头文件中的内联函数），要么具有进行链接时优化的编译器。

如果你使用它并且你真的依赖于在编译时计算的一些东西，那么你应该有自动化测试来验证它是否完成。

C++11 提供了 constexpr，它允许您编写一个函数，该函数将在给定 constexpr 参数时在编译时计算，或者保证在编译时计算一个值。constexpr 函数中可以包含的内容受到限制，这可能会使您的函数难以实现为 constexpr，但允许的语言显然是图灵完备的。一个问题是，虽然这些限制保证了在给定 constexpr 参数的情况下可以在编译时完成计算，但当参数不是constexpr 时，这些限制可能导致实现效率低下。

于 2012-06-08T20:53:45.307 回答
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为什么不这样：

template<typename getter>
void f(getter g)
{
   for (int i =0; i < g.get(); i++) { blah(); }
}

struct getter1 { inline constexpr int get() { return 1; } }
struct getterN { getterN(): _N(N) {} inline constexpr int get() { return k; } }
f<getter1>(getter1());
f<getterN>(getterN(100));
于 2017-09-12T02:27:59.700 回答
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我会指出，如果你有：

// Runtime version
void foo_rt(int n){ foo(n);}

...这对您有用，那么您实际上在编译时就知道类型。至少，您知道一个与之协变的类型，这就是您需要知道的全部内容。您可以只使用模板版本。如果需要，您可以在调用站点指定类型，如下所示：

foo_rt<int>()
于 2012-06-08T18:58:07.237 回答