C ++：类/结构是否在编译时初始化？

Question

假设我使用构造函数Foo编写了一个类Foo(int)。 我有这段代码：

Foo a(i), b = a + Foo(2);

如果我用代码调用代码中的构造函数，例如Foo(2)，编译器是运行一次并将结果存储为运行时，还是在运行时执行？结构/类是否只包含POD数据类型是否相同？

假设它在运行时执行（我认为是这种情况），有没有办法让它在编译时运行，或者具有与它本身运行时相同的效果？

编辑：恐怕我没有说清楚。我指的是代码的Foo(2)部分，它是完全不可变的。此外，我无法使用C ++ 11（我正在使用GCC 4.1而无法升级），因此constexpr虽然有效，但不适合我。

Answer 1

有可能让a使用constant initialization，这是静态初始化，但要实现这一点：

1. i大部分是常量表达
2. Foo::Foo(int)必须为constexpr
3. Foo:Foo(int)使用的任何/所有其他功能/ ctors也必须为constexpr。

您的b - Foo(2)必须是constexpr，Foo::operator+(Foo const &)或Foo operator+(Foo const &, Foo const &)（以您为准）必须是constexpr。

如果您想更详细地研究，常量表达式的定义在C ++ 11标准的第5.19节。我的直接猜测是，如果Foo相当简单，那么a可能就有可能，但我对b的确不太确定。

Answer 2

  

假设我用构造函数Foo（int）编写了一个类Foo。我有这段代码：

Foo a(i), b = a + Foo(2);

     

如果我使用常量调用代码中的构造函数，编译器是否运行一次，并将结果存储为运行时，还是在运行时执行？

这有两个层次：

• 是否有可能和合法的w.r.t.一个完美的优化者的标准 - 在编译时实现这一点，实现专家可以用无限的努力和天才做的一切 - 和
• 是标准的必需的编译时行为 / 保证。

i是否为编译时常量？如果没有，并且传递给i的{​​{1}}的值会影响其行为（无论是影响数据成员值还是影响日志记录等副作用），那么很明显，在编译时构造Foo（i）本身是不可能的。如果Foo::Foo(i)是常量，那么它本身可能仍然是不可能的 - 例如构造函数实现可能具有基于当前时间的行为，或者需要查阅其他一些运行时数据。这些问题也可能阻止i在编译时进行评估。

如果Foo(2)是常量，并且i的构造函数不依赖于其他仅运行时数据，则可能进行优化。但是，您的代码中没有任何内容要求C ++标准甚至尝试任何优化，更不用说能够优化它了。在Foo上调用的+运算符也是如此......优化可能是合法的，但肯定不是必需的。

实际上，我希望大多数当前的主流编译器能够针对编译时常量Foo优化Foo(i)的简单情况，但是要通过解决加法来挑战。如果您真的想知道，请在各种优化级别为您的编译器尝试....

  

假设它在运行时执行（我认为是这种情况），有没有办法让它在编译时运行，或者具有与它本身运行时相同的效果？

是的......你可能会从i中获得一些内容，这是一个用C ++ 11引入的关键字，它告诉编译器在编译时需要解析某些值（如果你{{1}对于编译器在编译时不需要支持的变量/值，它将报告错误。）

其次，通常可以使用模板表达编译时操作。为了让自己从这个方向开始，您可能希望搜索“C ++模板阶乘编译时”或类似内容，以了解如何编码基本计算。

Answer 3

“as-if”规则适用，表示编译器可以执行任何喜欢的操作，前提是程序的可观察行为与标准中描述的相同。

如果：

• Foo的构造函数在TU中可见，
• 析构函数~Foo，
也是如此
• 他们都没有任何副作用，
• 他们的结果不依赖于任何需要在运行时解决的问题（比如时间，或者某些非const对象的值，我们知道这些对象的代码执行时可能已经修改过） ，
• operator+是可见的，并且没有做任何事情让RHS的地址“逃脱”为未知代码，或者使用其地址进行可观察行为（例如打印出来）或做其他事情这要求对象实际存在，

然后一个足够聪明的优化器可以完全消除Foo(2)临时值，并且只要operator+使用RHS的数据成员，只需使用它知道这些成员将拥有的任何值。

或者，作为较小的优化，它可以将值放入程序的数据部分中Foo的实例的布局中，并将其用作Foo(2)。我想这就是为运行时存储结果的意思。

这种优化是否实际发生是完全特定于实现的，并且取决于您使用的编译器和标志。反汇编代码，看看到底发生了什么。

如果您执行以下操作，则可以确保{C} 03中只计算Foo(2)一次{/ 1}}：

static Foo foo2(2);
Foo a(i), b = a + foo2;

foo2是（根据标准）在运行时计算的，第一次执行代码。同样，编译器可以调用“as-if”规则在编译时执行部分或全部计算，但同​​样不需要这样做。

Answer 4

Foo a(i), b = a + Foo(2);

此初始化在运行时发生，而不是在编译时发生。

编译时初始化只发生在内置类型中，如果它们的初始化程序可以在编译时计算，或者它们被声明为全局变量，或者static。在后两种情况下，它们在编译时是零初始化的。我在这里详细解释了这一点：

• What is dynamic initialization of object in c++?

Answer 5

可以在执行过程中的不同点调用已编译的代码。编译代码后，Foo（2）的值可能是不可变的。

Answer 6

这在运行时发生。如果您希望它在编译时发生，那么您需要对该值进行硬编码。