constexpr dan consteval

Termasuk bagian Pemrograman Berorientasi Object dalam perjalanan C++ di Coddy. Pelajaran 87 dari 104.

C++ memungkinkan komputasi dilakukan saat waktu kompilasi, bukan saat runtime, sehingga dapat meningkatkan performa secara signifikan. Kata kunci constexpr (C++11) dan kata kunci consteval (C++20) memberimu kendali atas kapan ekspresi dievaluasi.

Fungsi constexpr dapat dievaluasi saat kompilasi jika diberi argumen konstan, tetapi juga dapat dijalankan saat runtime dengan input nonkonstan:

#include <iostream>

constexpr int square(int n) {
    return n * n;
}

int main() {
    constexpr int compileTime = square(5);  // Dievaluasi saat compile
    
    int x = 7;
    int runtime = square(x);  // Dievaluasi saat program berjalan
    
    std::cout << compileTime << "\n";  // 25
    std::cout << runtime << "\n";      // 49
}

Saat kamu perlu menjamin evaluasi saat kompilasi, gunakan consteval. Fungsi consteval harus menghasilkan konstanta. Memanggilnya dengan nilai saat runtime akan menyebabkan error kompilasi:

consteval int factorial(int n) {
    return n <= 1 ? 1 : n * factorial(n - 1);
}

int main() {
    constexpr int result = factorial(5);  // OK: 120 dihitung saat compile
    
    // int x = 5;
    // int bad = factorial(x);  // ERROR: x bukan konstanta
}

Kamu juga bisa menggunakan constexpr dengan variabel dan bahkan konstruktor class, sehingga seluruh object dapat dibuat saat kompilasi. Ini sangat berguna untuk tabel pencarian, nilai konfigurasi, atau data apa pun yang tidak berubah selama program dijalankan.

Tantangan

Mudah

Kamu akan mengatur kodemu dalam tiga file:

MathUtils.h: Definisikan fungsi matematika yang dievaluasi saat kompilasi.
Buat fungsi-fungsi berikut:
- cube: fungsi constexpr yang menerima int dan mengembalikan pangkat tiganya (n * n * n)
- triangularNumber: fungsi constexpr yang menghitung bilangan segitiga ke-n menggunakan rumus n * (n + 1) / 2. Dalam tugas ini, kita hanya akan memanggilnya dalam konteks waktu kompilasi, dengan menyimpan hasilnya dalam variabel constexpr.
- sumOfSquares: fungsi constexpr yang menerima dua bilangan bulat dan mengembalikan jumlah kuadrat keduanya (a*a + b*b)
Config.h: Buat struktur konfigurasi menggunakan konstanta waktu kompilasi.
Definisikan struct Config dengan konstruktor constexpr yang menerima tiga bilangan bulat: width, height, dan depth. Simpan ini sebagai anggota publik. Tambahkan juga method constexpr bernama volume() yang mengembalikan width * height * depth.
Di bawah struct, buat konstanta global constexpr bernama DEFAULT_CONFIG yang diinisialisasi dengan nilai 10, 20, dan 5.
main.cpp: Baca dua bilangan bulat dari input yang mewakili nilai saat runtime.
Pertama, tunjukkan evaluasi waktu kompilasi dengan membuat variabel constexpr:
- Simpan cube(4) dalam variabel constexpr dan cetak: Cube of 4: [value]
- Simpan triangularNumber(10) dalam variabel constexpr dan cetak: 10th triangular number: [value]
- Cetak volume konfigurasi default: Default volume: [value]
Lalu, tunjukkan bahwa fungsi constexpr juga dapat bekerja saat runtime dengan menggunakan kedua nilai inputmu:
- Panggil cube() dengan input pertama dan cetak: Cube of [input]: [result]
- Panggil sumOfSquares() dengan kedua input dan cetak: Sum of squares: [result]

Contohnya, dengan input 3 dan 4:

Cube of 4: 64
10th triangular number: 55
Default volume: 1000
Cube of 3: 27
Sum of squares: 25

Dengan input 5 dan 12:

Cube of 4: 64
10th triangular number: 55
Default volume: 1000
Cube of 5: 125
Sum of squares: 169

Coba sendiri

#include <iostream>
#include "MathUtils.h"
#include "Config.h"

using namespace std;

int main() {
    // Baca dua bilangan bulat dari input
    int input1, input2;
    cin >> input1;
    cin >> input2;
    
    // TODO: Tunjukkan evaluasi saat compile
    // Buat variabel constexpr yang menyimpan cube(4), lalu tampilkan: "Cube of 4: [value]"
    
    // TODO: Buat variabel constexpr yang menyimpan triangularNumber(10)
    // lalu tampilkan: "10th triangular number: [value]"
    
    // TODO: Tampilkan volume config bawaan: "Default volume: [value]"
    
    // TODO: Tunjukkan penggunaan fungsi constexpr saat program berjalan
    // Panggil cube() dengan input1, lalu tampilkan: "Cube of [input1]: [result]"
    
    // TODO: Panggil sumOfSquares() dengan kedua input
    // lalu tampilkan: "Sum of squares: [result]"
    
    return 0;
}

Uji dirimu

Pelajaran ini berisi kuis singkat. Mulai pelajarannya untuk menjawab kuis dan melacak progresmu.

Semua pelajaran di Pemrograman Berorientasi Object

1Dasar-Dasar OOP

File Eksternal Build dan Kompilasi C++File Header dan File Source Namespace dan Cakupan Pengantar OOP dalam C++class vs object Pointer 'this'method (Fungsi Anggota)Atribut (Anggota Data)Dasar Ctor dan Dtor Ringkasan: Kalkulator Sederhana

4Properti class

Anggota instance vs static Getter dan setter Fungsi anggota const Kata kunci mutable Method dan variabel static Fungsi dan class friend Rangkuman, Pengelola Rekening Bank

7Pewarisan

Pewarisan Dasar Tingkat Akses pada Pewarisan Urutan Pemanggilan Ctor & Dtor Penimpaan method Fungsi Virtual & VTable Pewarisan Berganda Pewarisan Virtual Rangkuman: Hierarki Karyawan

10Gambaran Umum STL

Gambaran Umum dan Filosofi STL Kontainer STL Iterator Algoritma STL Functor dan Ekspresi Lambda Rangkuman: Frekuensi Kata

13Pola Desain Bagian 1

Pengantar Pola Desain Pola Singleton Factory dan Abstract Factory Pola Builder Pola Observer Pola Strategy

Latihan sendiri: Compiler C++ online