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我很好奇就编译时评估而言，我可以将 gcc 推到多远，所以我让它计算Ackermann函数，特别是输入值为 4 和 1（任何高于此值都是不切实际的）：

consteval unsigned int A(unsigned int x, unsigned int y)
{
    if(x == 0)
        return y+1;
    else if(y == 0)
        return A(x-1, 1);
    else
        return A(x-1, A(x, y-1));
}

unsigned int result = A(4, 1);

（我认为递归深度限制在~16K，但为了安全起见，我用它编译了这个-std=c++20 -fconstexpr-depth=100000 -fconstexpr-ops-limit=12800000000）

毫不奇怪，这会占用大量的堆栈空间（事实上，如果以 8mb 的默认进程堆栈大小运行，它会导致编译器崩溃）并且需要几分钟的时间来计算。然而，它最终会到达那里，所以编译器可以处理它。

之后，我决定尝试使用模板、元函数和部分特化模式匹配来实现 Ackermann 函数。令人惊讶的是，以下实现只需要几秒钟即可评估：

template<unsigned int x, unsigned int y>
struct A {
    static constexpr unsigned int value = A<x-1, A<x, y-1>::value>::value;
};

template<unsigned int y>
struct A<0, y> {
    static constexpr unsigned int value = y+1;
};

template<unsigned int x>
struct A<x, 0> {
  static constexpr unsigned int value = A<x-1, 1>::value;
};

unsigned int result = A<4,1>::value;

（用 编译-ftemplate-depth=17000）

为什么评估时间会有如此巨大的差异？这些本质上不是等效的吗？我想我可以理解consteval需要更多内存和评估时间的解决方案，因为它在语义上由一堆函数调用组成，但这并不能解释为什么在运行时计算的这个完全相同的（非 consteval）函数只需要比元函数版本（编译时没有优化）。

为什么consteval这么慢？我几乎很想得出结论，它正在由 GIMPLE 解释器或类似的东西进行评估。还有，元功能版怎么会这么快？它实际上并不比优化的机器代码慢多少。

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在 的模板版本中A，当一个特定的特化，比如说A<2,3>，被实例化时，编译器会记住这个类型，并且永远不需要再次实例化它。这是因为类型是唯一的，并且对这个元函数的每个“调用”都只是计算一个类型。

consteval函数版本没有为此进行优化，因此可能A(2,3)会根据控制流进行多次评估，从而导致您观察到的性能差异。没有什么可以阻止编译器“缓存”函数调用的结果，但是这些优化可能还没有实现。

于 2021-07-14T02:36:52.100 回答