C++利用常量表达式在编译期操作字符串

在打log的时候，往往有这样的需求，要把当前代码文件的文件名打印出来。

最简单的就是输出

__FILE__

宏。但是

__FILE__

实际上是包括文件名的完整路径，比如这样：

/tmp/blablabla-XXXX-YYYY-ZZZZZZ/example.cpp

这样的输出太过冗长，我们需要的实际上只是

example.cpp

这个时候要是老老实实地调API把

example.cpp

切出来当然不难，但是想想，输入

__FILE__

是编译时就确定了的，那么结果也应该可以在编译时确定啊，为什么要在运行时浪费时间去计算？

如果在C++11之前，要在编译时做这个就得依赖模板元编程。牺牲可读性用满屏的

template

和

typename

去实现这么一个简单的功能，总有种得不偿失的感觉。

但是在C++11里，C++引入了名为

constexpr

（常量表达式）的特性，被

constexpr

修饰的函数，如果满足一定条件，其返回值是可以在编译时计算出来的，在生成的汇编中将不会包含这个函数的任何代码。

下面就是利用

constexpr

在编译时在完整路径中截取文件名的代码：

#include <cstdio>

constexpr const char *get_basename(const char *filename, const int t)
{
if (t < 0)
return filename;
else if (filename[t] == '/' || filename[t] == '\\')
return filename + t + 1;
else
return get_basename(filename, t - 1);
}

int main()
{
constexpr auto a = get_basename(__FILE__, sizeof(__FILE__) - 1);
printf("%s", a);
return 0;
}

可以看到上面的代码使用递归的方式找到最后一个分隔符（*nix下是

/

，Windows下是

\\

）。

不过既然是递归，那么就有递归深度的问题。虽然代码是典型的尾递归，但是由于实现上的原因，编译器并不能对其进行尾递归优化。

对于递归深度的问题，常用编译器（GCC，Clang）的做法是限制递归深度（比如512层 ），也就是

__FILE__

中的文件名不能太长，不然会出现编译错误，不过大多数情况下够用了。

Extended constexpr

上面的方法有递归深度的限制，那有没有更好的不需要递归的办法呢？

当然有，但是需要利用C++14标准中扩充的constexpr。C++14允许在constexpr修饰的函数中使用for循环，你可能只需要在原本的运行时字符串分割函数前添加

constexpr

，就可以实现编译期切割字符串。比如这样：

#include <cstdio>

constexpr const char *get_basename(const char *filename, const int t)
{
for (int i = t; i >= 0; i--)
{
if (filename[i] == '/' || filename[i] == '\\')
return filename + i + 1;
}
return filename;
}

int main()
{
constexpr auto a = get_basename(__FILE__, sizeof(__FILE__) - 1);
printf("%s", a);
return 0;
}

上面的代码跟普通运行时的代码区别仅仅在于多了

constexpr

关键字修饰。

不过需要注意的是，出于防止死循环导致编译时间无限长的考虑，部分编译器对编译期的for循环有次数限制，只是这个限制比递归大得多，比如GCC7.2限制在262144次。

还有就是，这个代码只能在支持C++14的编译器中编译通过，至少需要GCC5、VS2017或Clang3.4。

参考文献

Can constexpr function evaluation do tail recursion optimization

C++ compiler support