在编译时评估表达式

Question

我知道这个问题被问了很多，但仅限于 C/C++ 和 Java。问题与使用常量表达式的性能优势有关：

当我调用仅使用常量作为参数的静态函数时，有没有办法告诉编译器它应该在编译时评估调用并用结果替换调用？

示例：

const double pi = Math.PI; //works as Math.PI is a constant  
const double spi = Math.Sin(Math.PI); //compiler error, because expression must be constant

是否没有指令（更好：属性）明确地告诉编译器像 Math.Sin() 这样的静态方法不会在内部修改或读取任何数据，因此在技术上可以评估调用在编译时？

哦，请不要像 "just do const double spi = 0" :) 那样回答，因为我的示例只是我遇到的问题的简化版本：在保持最佳性能的同时提高代码可维护性。

感谢您的帮助 - 非常感谢！

Answer 1

没有副作用的方法有 [Pure] 属性。但是，这仅用于代码分析，而不是由编译器（目前）使用。但是，这可能会在未来发生变化。

JetBrains ReSharper 提供了类似的 [Pure] 属性用于相同的目的（代码分析）。

因此，目前，您需要一个解决方法，例如您预先计算的值，最好附上评论，让其他人知道该值的来源：

const double spi = 0.0; // Math.Sin(Math.PI)

或

static readonly double spi = Math.Sin(Math.PI);

这当然会计算运行时的值，这是您不想要的。

Answer 2

对于数字常量，我看到两个选项：

方案一：使用static readonly（启动时计算一次）：

class MyCalc
{
    private static readonly double spi = Math.Sin(Math.PI);
    private static readonly double pi = Math.PI;

    public void Execute()
    {
        // .. whatever
    }
}

选项二：使用袖珍计算器进行计算并对这些常量进行硬编码：

class MyCalc
{
    // Math.Sin(Math.Pi)
    private const double spi = 0;
    // Math.Pi
    private const double pi = 3.141592653589793;

    public void Execute()
    {
        // .. whatever
    }
}

我不确定，如果编译器可以在计算中完全优化选项一，但它应该是最可读和可维护的方式。

如果您希望在编译时做尽可能多的事情，事情就会变得更难。在 C++ 下你有模板。我发现它们写起来很麻烦，但人们得到 amazing things done with it. It seems it got easier with compile time functions but I haven't tried them yet. D have CTFE 这真的很强大。但 D 是一个小众市场，我会避免在其中编写任何严肃的代码。我不知道其他语言有相当多的显式预编译评估，但我确信有一些。

如今的编译器非常聪明。编译器很有可能会看到机会在没有提示的情况下内联优化函数调用。在 DotNet 4.5 中，我们得到了 AggressiveInlining-attribute so we might to be able to force the compiler into the right direction. C/C++ have something similar and there had been problems。我这边的一般建议是避免inline，直到你完全知道自己在做什么。

如果你真的不想从 C# 走这条路，在我看来最好的选择是使用提到的功能在 C++ 中编写你的功能，编写一个易于使用的 C 接口并通过 PInvoke。但是，如果真的值得，请先帮自己一个忙并衡量一下。永远不要忘记两个优化规则：

不要
还不知道（仅限专家）

在编译时评估表达式

evaluate expression at compile time

c#

compiler-construction

visual-studio