Stop Using `constexpr` (And Use This Instead!)

這標題，真的很clickbait..... 這份筆記會針對constexpr與編譯期初始化的關聯做說明

constexpr，一般來說會用在標示某個變數需要於編譯期(compile time)就完成初始化

int get_val(int i) {
    return i*2;
}

int main() {
    int value = get_val(2) ;
    return value ;
}

讓我們來看一看這個很簡單的範例出來的asm(x86_64 gcc -O0)

get_val(int):
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]
        add     eax, eax
        pop     rbp
        ret
main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16
        mov     edi, 2
        call    get_val(int)
        mov     DWORD PTR [rbp-4], eax
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]
        leave
        ret

基本上就是很老實地把數值算出來，但是如果啟用最佳化又會是什麼情況(x86_64 gcc -O3)

get_val(int):
        lea     eax, [rdi+rdi]
        ret
main:
        mov     eax, 4
        ret

數值直接在編譯的時候算出來，寫進code了

在影片裡頭提到constexpr到底會不會被編譯期初始化這一點永遠是不確定的，他會受到最佳化等級還有編譯器本身的影響

我自己的經驗是，多半都會，唯一你必須要確保你有加上constexpr

#include <array>

constexpr std::array<int, 100> get_val() {
std::array<int, 100> result{};
    for (int n = 0 ; n < result.size() ; ++n) {
        result[ n ] = n ;
    } // for

    return result;
}

int main() {
    constexpr auto value = get_val()[45] ;
    return value ;
}

此範例中的value，無論最佳化等級開多少，都會是編譯期求解

我們現在要來進一步探討constexpr variable的storage duration，我把影片中的例子人肉OCR出來了
- here
- 看似沒什麼問題的程式碼，居然觸發了ASAN，到底是怎麼回事?
- 我們前面提到constexpr會讓變數在編譯期初始化但我們仔細看一下asm(in main()，為了簡潔我把ASAN關掉了)
  1
  2
  3
  4
  lea rdi, [rbp - 4016]
  movabs rsi, offset .L__const.main.values
  mov edx, 4000
  call memcpy@PLT
- 驚人的事實是，array本身的確是constexpr，但是我們用了另外一個指標p去取他的值
  - 然後還在scope裏頭，這下可好，p會指向我們從executable搬到stack上的array
  - 你是不是發現了，即便宣告成constexpr，但她的storage duration依然不是static，這個constexpr的array居然是automatic(我指它的storage duration)
  - 這個程式在-O3的時候，最佳化直接編譯求值了，所以不會被ASAN抓到
  - 但是在-O0的時候我們有去做搬移的動作，然後就華麗的爆炸
所以結論是，我們原本所想的constexpr跟實際上的constexpr是有差異的
- 最接近我們所想的應該是static constexpr，我們把先前的範例改一改
  - 在constexpr前加上static，你就會看到剛剛提到的那個搬移動作不見了
  - 因為現在values的storage duration是static
- 我的老天鵝阿

黃爸爸狗園

Stop Using `constexpr` (And Use This Instead!)

延伸閱讀