C++ Dilinde consteval

C++20'de tanıtılan güçlü özelliklerden biri `consteval`'dır. Bu keyword, işlevlerin derleme zamanında değerlendirilmesini ve çalışma zamanı yükünü en aza indirerek kod performansının artırılmasını zorunlu kılar. Bu yazımızda, `consteval`'ın C++'da nasıl etkili bir şekilde kullanılacağını inceleyecek ve bu aracı daha iyi performans için kullanmanıza yardımcı olacaktır.

consteval

`consteval` keyword, bir fonksiyonun derleme zamanında değerlendirilmesini sağlar. Bu, `consteval` fonksiyonu tarafından gerçekleştirilen tüm hesaplamaların derleme süreci sırasında gerçekleştiği ve ortaya çıkan değerlerin sabit ifadelerde kullanılmasına olanak tanıdığı anlamına gelir. Genellikle, bu değerler doğrudan son binary dosyaya inline olarak eklenir.

`consteval` kullanımı performansı önemli ölçüde artırabilir. Örneğin, bir fonksiyon derleme zamanında yürütüldüğünde, yürütme sırasında bir fonksiyon çağrısının yükünü ortadan kaldırır ve bu, işlemlerin genellikle recursive hesaplamalar veya tekrarlayan değerlendirmeler gerektirdiği template meta programlamasında özellikle faydalı olabilir.

consteval faydaları

1. Improved Performance: `consteval` kullanmanın başlıca faydası gelişmiş performanstır. Örneğin, `consteval` kullanarak Fibonacci dizisini hesaplayan bir proje, fonksiyon çağrısı yükünü önleyerek çalışma zamanında gerçekleştirilen eşdeğer hesaplamalara kıyasla iki kat daha hızlı çalışabilir.

2. Compile-Time Checking: `consteval` ile işaretlenen fonksiyonlar derleme zamanı sabitleri üretmelidir. Bu, hesaplamalarla ilgili hataları erken yakalamaya yardımcı olur ve debugging süresini önemli ölçüde azaltır.

3. Cleaner Code: Kodun yalnızca compile-time değerlerinin gerekli olduğu bağlamlarda belirli fonksiyonları kullanmasını sağlar ve bu da kod amacının anlaşılmasına yardımcı olur.

   
   

consteval ne zaman kullanılır ?

• Constant Expression Generation: `constexpr` değişkenleri için değerler üretirken, `consteval` fonksiyonları idealdir. Örneğin, bir yazılım bileşeninin başlatma için derleme zamanı sabitlerine ihtiyacı varsa, `consteval` fonksiyonları süreci hızlandırabilir.

  
  

• Static Arrays and Lookup Tables: Statik arrays veya lookup tabloları oluşturuyorsanız, `consteval` kullanmak bu dizilerin derleme sırasında çalışma zamanı yükü olmadan doğru şekilde ayarlanmasını sağlar. Örneğin, verimli arama algoritmaları için asal sayılardan oluşan derlenmiş bir diziye ihtiyacınız olabilir.

  
  

• Template Metaprogramming: Template meta programlamada, `consteval` özellikle derleme zamanında tipler veya değerler üretmek için kullanışlıdır; bu da bazı uygulamalarda derleme sürelerini önemli ölçüde azaltabilir.

  
  

Örnek kullanımlar...

include <iostream>

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

int main() 
{
    constexpr int result = factorial(5);

    std::cout << "Factorial of 5 is: " << result << std::endl;

    return 0;
}
*****************************     
AÇIKLAMA :`factorial(5)` değerlendirildiğinde, derleme sırasında sonucu hesaplar ve çalışma zamanında hiçbir hesaplama yapılmadığından programın daha hızlı çalışmasını sağlar.
*****************************     
CEVAP : legal
*****************************

consteval int square(int x) 
{
    return x * x;
}

int main() 
{
    square(10);
}
*****************************     
AÇIKLAMA : c++20
compile time da hesaplanması garanti altındadır.
*****************************     
CEVAP : legal
*****************************

consteval int square(int x) 
{
    return x * x;
}

int main() 
{
    int val{ 10 };

    square(val);
}
*****************************     
AÇIKLAMA : burda run-time da çağırılması durumu vardır ve bu consteval olduğu için doğrudan syntax error.
constexpr olsaydı hata olmazdı ve run-time da hesaplanırdı.
*****************************     
CEVAP : syntax error
*****************************

Dikkat edilmesi gereken bazı noktalar...

1. Overhead of Inline Functions: İdeal olarak, `consteval` fonksiyonları küçük ve verimli olmalıdır.

   
   

2. Limited Application Scenarios: Tüm işlevler `consteval` olarak işaretlenmemelidir. Run-time değerlendirmesi gerektiren işlevleri compile-time değerlendirmesi için uygun olanlardan ayırmak önemlidir.

   
   

3. Toolchain Support: `consteval` C++20'nin bir özelliği olduğundan, yeteneklerini tam olarak kullanabilmek için derleyicinizin ve geliştirme araçlarınızın bu sürümü desteklediğinden emin olun.

   
   

Karşılaştırabileceğimiz diğer C++ özellikleri

• C++, `constexpr` dahil olmak üzere çeşitli compile-time değerlendirme mekanizmaları sağlar. `constexpr` hem compile-time hem de run-time değerlendirmesine izin verirken, `consteval` compile-time değerlendirmesini sıkı bir şekilde uygular.

• Örneğin, her zaman sabit bir değer döndürmesi gereken bir hesaplama işlevi için `consteval` kullandığınızda, uygulamanızın grafik oluşturma veya real-time simülasyonlar gibi performansa duyarlı alanlarda kritik olabilen run-time maliyetlerine maruz kalmayacağını garanti edersiniz.

Table1 : consteval & constexpr