定义编译时常量的最佳方式

Question

在 C++11 中定义简单常量值的最佳方式是什么，这样就没有运行时损失？例如：（无效代码）

// Not ideal, no type, easy to put in wrong spot and get weird errors
#define VALUE 123

// Ok, but integers only, and is it int, long, uint64_t or what?
enum {
     Value = 123
};

// Could be perfect, but does the variable take up memory at runtime?
constexpr unsigned int Value = 123;

class MyClass {
    // What about a constant that is only used within a class, so
    // as not to pollute the parent namespace?  Does this take up
    // memory every time the class is instantiated?  Does 'static'
    // change anything?
    constexpr unsigned int Value = 123;

    // What about a non-integer constant?
    constexpr const char* purpose = "example";
    std::string x;
    std::string metadata() { return this->x + (";purpose=" purpose); }
    // Here, the compiled code should only have one string
    // ";purpose=example" in it, and "example" on its own should not
    // be needed.
};

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因为有人告诉我这是一个无用的问题，因为它没有背景，所以这里是背景。

我正在定义一些标志，这样我就可以做这样的事情：

if (value & Opaque) { /* do something */ }

Opaque 的值在运行时不会改变，因为它只在编译时需要，所以让它出现在我的编译代码中似乎很愚蠢。这些值也在一个循环中使用，该循环为图像中的每个像素运行多次，所以我想避免运行时查找会减慢它的速度（例如，内存访问以在运行时检索常量的值。）这是' t 过早优化，因为该算法目前处理一张图像大约需要一秒钟，而我通常要处理 100 多张图像，所以我希望它尽可能快。

既然人们说这是微不足道的，不用担心，我猜 #define 是尽可能接近字面值，所以也许这是避免 "overthinking" 问题？我想普遍的共识是你只是希望没有人需要使用这个词 Opaque 或你想使用的其他常量？

Answer 1

你不会出错的：

static constexpr const unsigned int Value = 123;

老实说，尽量不要关心这个。喜欢，真的试试。

Answer 2

事实上，这比看起来要棘手。

只是为了明确重申要求：

应该没有运行时计算。
除实际结果外，不应有静态、堆栈或堆内存分配。（分配可执行代码是不可能禁止的，但要确保 CPU 所需的任何数据存储都是私有的。）

在C++中，表达式可以是左值或纯右值（在C++11之前和C中，右值对应相关概念）。左值引用对象，因此它们可以出现在赋值表达式的 L 左手边。对象存储和左值是我们要避免的。

您需要的是一个标识符，或 id-expression，以计算纯右值。

目前，只有普查员可以做到这一点，但正如您所观察到的，他们还有一些不足之处。每个枚举声明都引入了一个新的、不同的类型，因此 enum { Value = 123 }; 引入了一个常量，它不是整数，而是它自己的唯一类型，将转换为 int。这不是完成这项工作的正确工具，尽管它在紧要关头工作。

您可以使用 #define，但这是一种 hack，因为它完全避开了解析器。您必须用全部大写字母命名它，然后确保相同的全大写名称不会用于程序中的任何其他内容。对于库接口，这样的保证尤其繁重。

下一个最佳选择是函数调用：

constexpr int value() { return 123; }

不过要小心，因为 constexpr 函数仍然可以在运行时求值。您需要再跳一个圈才能将此值表示为计算：

constexpr int value() {
    /* Computations that do not initialize constexpr variables
       (or otherwise appear in a constant expression context)
       are not guaranteed to happen at compile time, even
       inside a constexpr function. */

    /* It's OK to initialize a local variable because the
       storage is only temporary. There's no more overhead
       here than simply writing the number or using #define. */

    constexpr int ret = 120 + 3;
    return ret;
}

现在，您不能将常量作为名称引用，它必须是 value()。函数调用运算符可能看起来效率较低，但它是当前唯一完全消除存储开销的方法。

Answer 3

我认为您应该考虑 C++11 feature of specifying an underlying type for an enum，它适用于您的示例：

enum : unsigned int { Value = 123 };

这消除了您对使用枚举的两个反对意见之一，即您无法控制实际使用哪种类型来表示它们。不过，它仍然不允许非整数常量。

定义编译时常量的最佳方式

Best way of defining a compile-time constant

c++

idioms

constants

constexpr

c++11

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