¿Por qué, no usar siempre la palabra reservada constexpr
cuando definimos métodos o funciones? Si calcula todo lo que pueda en compilacion y lo qué no, lo halla en ejecución, sin ocasionar error.
2 respuestas
Problema.
El cualificador constexpr
no funciona de una manera intuitiva. Al contrario de lo que dices, no existen los métodos constexpr
:
struct Entero
{
constexpr int uno() { return 1; }
// ~~~~~~~~~ <--- El retorno es constexpr, no el método.
};
struct Disparate
{
int disparatado() constexpr { return 1; } // ESTO NO COMPILA!! :(
// ~~~~~~~~~ <--- Método constexpr.
};
En el código anterior, podríamos pensar que el método Entero::uno
es constexpr
, pero en realidad lo es el int
retornado, éste código:
int main()
{
Entero e;
return e.uno();
}
Genera este asm:
main: # @main
mov eax, 1
ret
Podemos pensar que está retornando 1
(en lugar de llamar al método) porque ha calculado en tiempo de compilación que e.uno()
era 1
, pero obtenemos exactamente el mismo asm sin marcar Entero::uno
como constexpr
, es decir: se trata de una optimización del compilador no una optimización del programador.
Puedes marcar un objeto completo como constexpr
pero esto hará que sea const
implícitamente, provocando errores contraintuitivos:
int main()
{
constexpr Entero e;
return e.uno(); // ERROR!! La función uno no es const
}
El mismo problema encontramos al retornar un objeto como constexpr
:
constexpr Entero f() { return {}; }
int main()
{
return f().uno(); // ERROR!! La función uno no es const
}
Para solucionar el problema anterior basta con marcar Entero::uno
como const
:
struct Entero
{
constexpr int uno() const { return 1; }
// ~~~~~ <--- Método constante, retorno constexpr
};
constexpr Entero f() { return {}; }
int main()
{
constexpr Entero e;
return e.uno() + f().uno(); // Correcto!!
}
El código anterior genera este asm:
main: # @main
mov eax, 2
ret
Que generará igualmente sin la presencia de constexpr
.
Conclusión.
El cualificador constexpr
es una herramienta para ayudar al compilador a hacer optimizaciones, pero (casi) nunca seremos más listos que el compilador, usar ese cualificador puede ayudar a mover algunos cálculos a tiempo de compilación (que igualmente el compilador puede deducir cómo hacerlo sin nuestra ayuda) así que el objetivo no debería ser usar constexpr
a diestro y siniestro para ayudar al compilador a hacer algo que ya haría igualmente.
Igual que cualquier herramienta a nuestra disposición constexpr
debe ser usado cuando se necesita, no debe ser forzado su uso. ¿Cuándo se necesita? Pues cuando queramos asegurar una operación en tiempo de ejecución, aunque el compilador lo fuera a hacer igualmente añadir constexpr
denota la intencionalidad del código, lo que hace que sea más comprensible para nosotros y otras personas con las que trabajemos.
No caigamos en la trampa del martillo de oro.
El uso de constexpr
, aplicado al valor devuelto por funciones, presenta un pequeño problema: limita lo que podemos hacer dentro de la función.
En C++14 estas limitaciones se han relajado, pero en C++11, dentro del cuerpo de una función constexpr
solo se admiten:
- Sentencias nulas (un
;
). - Declaraciones
static_assert( )
. - Declaraciones
typedef
yalias
que no definan clases o enumeraciones. - Declaraciones
using
; - Directivas
using
; - El cuerpo solo puede ser y contener 1 solo
return
.
Este último punto es, para mi, el mayor limitante:
constexpr int test( int a, int b ) {
if( a == b ) return 1;
return 0;
}
Si intentamos compilarlo, obtenemos:
In function 'constexpr int test(int, int)':
error: body of 'constexpr' function 'constexpr int test(int, int)' not a return-statement
La forma correcta sería:
constexpr int test( int a, int b ) {
return a == b ? 1 : 0;
}
Esto es debido a que, explícitamente, estamos indicándole al compilador que el resultado de esa función es susceptible de ser calculado en tiempo de compilación; las capacidades del compilador para estos casos (optimizaciones en tiempo de compilación) son bastante limitadas: se limitan a ciertas operaciones aritméticas y cierta capacidad de recursión.
No obstante, el declarar una función constexpr
presenta algunas ventajas tambien:
int test( int a, int b ) {
return a == b ? 1 : 2;
}
int main( ) {
char tmp[test( 1, 2 )];
return 0;
}
warning: ISO C++ forbids variable length array 'tmp': char tmp[test( 1, 2 )];
Sin embargo, si añadimos constexpr
:
constexpr int test( int a, int b ) {
return a == b ? 1 : 2;
}
int main( ) {
char tmp[test( 1, 2 )];
return 0;
}
No se producen errores ni avisos, y compila correctamente.
Ahora, si cambiamos los valores literales
...
constexpr int test( int a, int b ) {
return a == b ? 1 : 2;
}
int main( ) {
int a = 1, b = 2;
char tmp[test( a, b )];
return 0;
}
warning: ISO C++ forbids variable length array 'tmp': char tmp[test( a, b )];
Lo cual ilustra otra limitación de estas funciones (bastante lógica): solo se realiza la optimización cuando los argumentos son, a su vez, constexpr
. Con lo cual se nos limita aún mas su utilidad practica.
Para mas información, en inglés: cppreference
Para finalizar: constexpr
, mas que para el compilador, es para el programador, para indicarle/recordarle/limitarle que determinada función quiere ser optimizado, y obligarle a escribir un código que el compilador puede llegar a optimizar mas que otro, sin tener garantía de que dicha optimización tendrá lugar.