常量预计算是否存在性能差异？编译器能否自动优化相关运算？

性能差异问题结论 #

绝大多数现代C/C++编译器开启O2及以上优化等级时，三种写法的运行时性能完全一致，不存在性能差异。

各写法的编译器行为说明

• 第一种写法：num是编译期常量，循环内仅会执行一次常量与GetSomeNumber()返回值的乘法运算，无额外开销。
• 第二种写法：只要你用的是标准库的sqrt函数、且入参是字面量3，编译器会在编译阶段直接完成开方+除以2的计算，最终生成的汇编和第一种写法完全相同，不会在循环内重复执行开方运算。但要注意：如果这里的Sqrt是你自定义的、没有加constexpr标识的函数，编译器无法判定它的返回值是常量，就会在每次循环都执行一次开方运算，性能会比另外两种差几个数量级。
• 第三种写法：num是编译期常量，num / 2属于常量运算，编译器会在编译阶段直接算出结果，运行时不会执行除法操作，最终效果和第一种写法完全一致。

手动常量预计算的适用场景 #

应该手动预计算的情况

• 项目强制使用低优化等级编译，或者使用的是嵌入式、老旧编译器，优化能力不足以完成复杂常量的编译期计算
• 常量运算依赖自定义函数，且无法通过constexpr等语法标记为编译期可执行，编译器无法自动完成预计算
• 常量计算逻辑非常复杂，你无法确定所有目标平台的编译器都能正确识别为编译期常量，手动预计算可以保证多平台性能表现一致
• 预计算后可以加清晰的注释说明数值来源，不会影响后续维护

不应该手动预计算的情况

• 预计算后生成的是无意义的魔数，又没有注释说明来源，后续维护人员根本不知道数值的计算逻辑，排查问题或修改参数时极易出错
• 运算本身是业务逻辑的一部分，直接写公式可读性远高于写魔数：比如写sqrt(3) / 2所有人都能一眼看出来是√3除以2，你写个0.8660254f没人能快速反应过来含义
• 用constexpr等语法修饰的常量表达式，编译器已经100%保证会在编译期计算，手动预计算反而有可能引入手算精度错误、输入错误的问题

内容的提问来源于stack exchange，提问作者pqzpkaot