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author: hjjdebug
date: 2025年 04月 23日 星期三 13:40:21 CST
description: c++中的enum變量 和 constexpr說明符

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本來應該分2篇博客寫的，放一起吧,也有相關性,都是c++的.

1.Q:enum 類型變量可以有++,–操作嗎？

A: c支持,c++不支持.
c++中的enum 類型變量和c中的enum變量基本含義相同，但又略有區別.
試驗代碼:

$ cat main.c
#include <stdio.h>
typedef enum _ABC { E0,E1,E2}ABC;
int main() 
{ABC a=E0;a++;return 0;
}

c語言是支持enum類型變量++或–這種操作的,因為它天然認為enum類型就是整形
將main.c改名為main.cpp文件,則編譯不通過
給出的編譯錯誤為:

error: no ‘operator++(int)’ declared for postfix ‘++’ [-fpermissive]

沒有后++的操作運算符說明, operator++(int), 不允許的操作.
就是說c++編譯器認為enum 類型是一種新的類型，并不是整型,雖然它的內部實現是把它當整形來實現的.
那如何解除這種限制呢？
如下:多加一行代碼, 重載 ABC operator++(int)類型的函數. 就可以對ABC 型變量執行后++操作

$cat main.cpp
#include <stdio.h>
typedef enum _ABC { E0,E1,E2}ABC;
constexpr ABC operator++(ABC d,int) {return ABC((int)d+1);}
int main() 
{ABC a=E0;a++;return 0;
}

1.1補充: c/c++中enum的另一個細微差別.

c++中可以不用typedef 重定義類型,而直接使用enum 就可以了.如下:
enum ABC {E0,E1,E2}, 其它代碼不動.
而c語言不行,
如果去掉typedef 重定義,你需要在聲明變量時加上enum聲明，如下:
enum ABC a=E0
否則會有編譯錯誤，如下：

error: unknown type name ‘ABC’; use ‘enum’ keyword to refer to the type
| ABC a=E0;
| ^~~

2.Q: constexpr 修飾的函數,要求傳入的參數必需是常量嗎？

答: 不是
這個constexpr修飾的函數,網上說是可以編譯期求值，要求傳入常量值.
我看說法不完全正確,這里我傳入a就是內存變量,不是常量
我還可以寫如下代碼:
for(int i=0;i<2;i++)
{
a++; // 這個a 是不斷變化的.
printf(“a is %d\n”, (int)a);
}

3. Q constexpr 編譯期求值真正的意思是什么？

A: constexpr函數并不會進入執行文件中,執行文件中沒有這個函數.
正確的理解constexpr的編譯期求值, 是它在運行時不求值,
就是說它已經做到了運行時, 不進入你定義的constexpr函數,
例如對該例,它的a++就直接變成了整數的a++
并不是說一定要傳入常量值.

3.1 debug 版本, constexpr 修飾無效

這只是我的一種猜測,后面我會證明,
如果編譯成debug版調試程序,它總是會跟入函數的, 這不是constexpr 的初衷
對debug版本,加不加constexpr 效果是一樣的.

3.2 release 版本, constexpr 函數被優化掉了

那么對release 版是否真的把constexpr函數給優化掉了呢？那要反匯編代碼了.
開干吧! 源代碼如下:

#include <stdio.h>
typedef enum _ABC { E0,E1,E2}ABC;
constexpr ABC& operator++(ABC& d,int) {return d=ABC((int)d+1);}
int main()
{ABC a=E0;for(int i=0;i<5;i++){a++;}return 0;
}

release 版反編譯代碼
我驚訝的發現, 我的main函數被它優化成空函數了
如下:
0000000000001040 :
1040: f3 0f 1e fa endbr64
1044: 31 c0 xor %eax,%eax
1046: c3 retq
1047: 66 0f 1f 84 00 00 00 nopw 0x0(%rax,%rax,1)

什么for循環, enum 變量,統統都是空.
哇! 這么利害,把代碼全優化掉了,它認為我這些代碼都是沒用的東西.
是的,如果把main也當成一個一般的子函數看,它除了占用點cpu資源，對外界就沒有什么影響.

我們加上printf 代碼,讓代碼變得有用起來. 不能讓它全優化了.

#include <stdio.h>
typedef enum _ABC { E0,E1,E2}ABC;
constexpr ABC& operator++(ABC& d,int) {return d=ABC((int)d+1);}
int main()
{ABC a=E0;for(int i=0;i<5;i++){a++;printf("a is %d\n",(int)a);}return 0;
}

release 版反編譯代碼

0000000000001060 <main>:1060:	f3 0f 1e fa          	endbr64 1064:	55                   	push   %rbp  //rbp 如棧,框架1065:	48 8d 2d 98 0f 00 00 	lea    0xf98(%rip),%rbp # 2004 <_IO_stdin_used+0x4>106c:	53                   	push   %rbx  //rbx 入棧,它會做為a變量106d:	bb 01 00 00 00       	mov    $0x1,%ebx //ebx 就是a變量,初始值給了1,因為它知道第一次打印值是1，利害!1072:	48 83 ec 08          	sub    $0x8,%rsp //調整堆棧,為局部變量準備空間1076:	89 da                	mov    %ebx,%edx // a變量送給edx, printf 的第二個參數1078:	48 89 ee             	mov    %rbp,%rsi // rsi, printf 的第一個參數,字符串地址107b:	bf 01 00 00 00       	mov    $0x1,%edi // rdi=1,向stdout輸出，因為它調用的是__printf_chk1080:	31 c0                	xor    %eax,%eax // 表示傳遞的浮點數個數是0個1082:	e8 c9 ff ff ff       	callq  1050 <__printf_chk@plt>1087:	83 c3 01             	add    $0x1,%ebx        // ebx 為a變量//它算出了a變量和i變量的對應關系,所以優化掉i變量，讓a變量與6比,果然很智能！108a:	83 fb 06             	cmp    $0x6,%ebx      108d:	75 e7                	jne    1076 <main+0x16> //循環到1076108f:	48 83 c4 08          	add    $0x8,%rsp   //局部空間棧恢復1093:	31 c0                	xor    %eax,%eax  //返回值1095:	5b                   	pop    %rbx   //恢復rbx1096:	5d                   	pop    %rbp //恢復rbp1097:	c3                   	retq   //函數返回 1098:	0f 1f 84 00 00 00 00 	nopl   0x0(%rax,%rax,1)109f:	00 

完美驗證了我的設想！constexpr 函數優化后不會出現在運行期,但它也不會要求參數必需是常量,變量也行,只要能被它替代就行.

總結一下: constexpr 函數是一種可以被優化掉的函數,就是說它不會生成對應的函數代碼,而是會把返回值嵌入到你調用的代碼中. 返回值可能是一個常數或常量,也可以是一個變量的簡單運算.就是一個變量加個偏移,乘一個數除一個數等.一般constexpr函數不會太復雜.這里先給你一個美好的心里預期!

4. constexpr 中碰到了一個左值引用綁定問題

代碼:
constexpr ABC& operator++(ABC& d,int) {return ABC((int)d+1);}
error: cannot bind non-const lvalue reference of type ‘ABC&’ {aka ‘_ABC&’} to an rvalue of type ‘ABC’ {aka ‘_ABC’}
錯誤是說: 不能夠讓非-const 的左值ABC& 類型與右值 ABC類型相綁定.
就是說要返回引用,而不要返回值

修改方法.
返回一個值的引用. 一個變量的別名叫引用,引用在函數間傳遞的是地址,該函數實際的意義就是修改自身.
所以函數內把值再變成引用.如下:添加d=內容,把值送給引用.
constexpr ABC& operator++(ABC& d,int) {return d=ABC((int)d+1);}

5 x86-64 linux系統上函數調用傳參約定

采用System V AMD64 調用約定.
前六個整型參數（包括指針）通過寄存器傳遞
順序RDI、RSI、RDX、RCX R8 R9 ,超過6個多余的用堆棧傳,從右向左順序壓入堆棧.
例: test(0,1,2,3,4,5,6) 7個參數
31 ff xor %edi,%edi
be 01 00 00 00 mov $0x1,%esi
ba 02 00 00 00 mov $0x2,%edx
b9 03 00 00 00 mov $0x3,%ecx
41 b8 04 00 00 00 mov $0x4,%r8d
41 b9 05 00 00 00 mov $0x5,%r9d
6a 06 pushq $0x6
//test 函數c++中變成了_Z4Testiiiiiii，名稱帶參數類型,_Z是gcc的函數標志,4是名稱長度,7個i是7個整形參數
e8 04 01 00 00 callq 1190 <_Z4Testiiiiiii>