#include <iostream>
#include <type_traits>

// 1. 使用 static_assert
constexpr int compile_time_func(int x) {
    return x * x;
}

// 2. 使用模板元编程
template<int N>
struct CompileTimeCheck {
    static const int value = N;
};

// 3. 使用 side effects
int runtime_func(int x) {
    std::cout << "This function is called at runtime" << std::endl;
    return x * x;
}

int main() {
    // 1. 使用 static_assert
    static_assert(compile_time_func(5) == 25, "This is evaluated at compile-time");

    // 2. 使用模板元编程
    CompileTimeCheck<compile_time_func(6)> check;
    std::cout << "CompileTimeCheck value: " << check.value << std::endl;

    // 3. 使用 side effects
    constexpr int a = compile_time_func(7);
    int b = runtime_func(7);

    // 4. 使用 std::is_constant_evaluated() (C++20)
    constexpr bool is_const_eval = std::is_constant_evaluated();
    std::cout << "Is constant evaluated? " << std::boolalpha << is_const_eval << std::endl;

    return 0;
}

现在，让我解释几种验证编译时求值和运行时求值的方法：

1. 使用 static_assert：

   • static_assert 在编译时执行。如果断言失败，编译将不会通过。
   • 在我们的例子中，static_assert(compile_time_func(5) == 25, ...) 证明了 compile_time_func 在编译时被求值。

2. 利用模板元编程：

   • 模板参数必须在编译时知道。
   • CompileTimeCheck<compile_time_func(6)> 能够编译，说明 compile_time_func(6) 在编译时被求值。

3. 使用副作用（side effects）：

   • 编译时求值的函数不能有副作用（如打印到控制台）。
   • runtime_func 包含一个 cout 语句，所以它必定是在运行时执行的。
   • 相比之下，constexpr int a = compile_time_func(7); 不会在运行时产生任何输出。

4. 使用 std::is_constant_evaluated()（C++20特性）：

   • 这个函数可以在编译时检查当前上下文是否是常量求值的上下文。
   • 在 constexpr 函数中使用它可以区分编译时和运行时行为。

5. 编译器优化选项和反汇编：

   • 虽然在这个例子中没有展示，但你可以通过查看生成的汇编代码来验证是否发生了编译时求值。
   • 使用 -O0 编译选项禁用优化，然后与启用优化的版本比较，可以看出哪些计算被移到了编译时。

6. 编译时间：

   • 复杂的编译时计算会显著增加编译时间。观察编译时间的变化也可以间接证明编译时求值的发生。

7. constexpr if（C++17）：

   • 可以用来在编译时选择不同的代码路径，这也是一种证明编译时求值的方法。

通过这些方法，我们可以清楚地区分哪些表达式是在编译时求值的，哪些是在运行时求值的。理解这些概念对于优化性能和编写更高效的 C++ 代码非常重要。

您对这些方法还有什么疑问吗？或者您想更深入地了解其中的某个特定方法？