constexpr関数の利用方法について

Question

コンパイル時定数を利用するにあたって、テンプレートメタプログラミングの他に、関数の前にconstexprを付けることでinline展開&コンパイル時計算が保証されるということをいくつかのサイトで拝見したことがあります。
そこで実験として、フィナボッチ数列を再帰関数を利用して計算し、その時間を計ってみることにしたのですが、その結果が
-constexpr関数 time[ms]:3713
-テンプレート time[ms]:0
-ノーマル関数 time[ms]:3617 (求める値を40にした場合)
となってしまいました。コンパイル時計算どころか、ノーマル関数より時間が掛かっています・・・

何故こうなったのか、記述が間違っているのか、あるいはそもそもの根本が間違っていたのかお教えください。

#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std;

// フィナボッチ数列(ノーマル)
unsigned long fina(unsigned long n) {
	/*if (n <= 2)
		return 1;
	return fina(n - 1) + fina(n - 2);*/

	return (n <= 2) ? 1 : (fina(n - 1) + fina(n - 2));
}

// フィナボッチ数列(constexpr)
constexpr unsigned long finaConst(unsigned long n) {
	return (n <= 2) ? 1 : (finaConst(n - 1) + finaConst(n - 2));
}

// フィナボッチ数列メタプログラミング
template <unsigned long N> struct Fina {
	enum { value = Fina<N-1>::value + Fina<N-2>::value };
};
template <> struct Fina<2> {
	enum { value = 1 };
};
template <> struct Fina<1> {
	enum { value = 1 };
};

// メイン関数
auto main() ->int {
	// 関数(constexpr)を利用した場合
	auto start = chrono::system_clock::now();
	cout << finaConst(40) << endl;
	auto end = chrono::system_clock::now();
	cout << "constexpr time[ms]:" << (double)chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(end - start).count() << endl;


	// テンプレートを利用した場合
	auto start2 = chrono::system_clock::now();
	cout << Fina<40>::value << endl;
	auto end2 = chrono::system_clock::now();
	cout << "template time[ms]:" << (double)chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(end2 - start2).count() << endl;


	// 関数(ノーマル)を利用した場合
	auto start3 = chrono::system_clock::now();
	cout << fina(40) << endl;
	auto end3 = chrono::system_clock::now();
	cout << "nomal time[ms]:" << (double)chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(end3 - start3).count() << endl;

	return 0;
}

Answer 1

定数式の文脈以外ではconstexpr関数がコンパイル時に評価される保証はないからです。

constexpr auto re = finaConst(40);
std::cout << re << std::endl;

#include <type_traits>
std::cout << std::integral_constant<unsigned long, finaConst(40)>::value << std::endl;

のいずれかのようにする必要があります。

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あー、多分わかった。finaConstにわたす回数が大きすぎて再帰上限512を超えているんじゃないかな。それを超えた場合動くかどうかは保証がないので、そういうことでは。40じゃなくて20とかなら通っているので。

そもそもC++14constexrを使って普通にループで書いてあげるのがいいと思います。

Comments

[asobinin]

constexpr auto re = finaConst(40);
cout << re << endl;
では、「式は定数に評価されませんでした」というエラーが。
integral_constant<unsigned long, finaConst(40)>::value
の方法でも、「'_Val': 'std::integral_constant' の無効なテンプレート引数です。コンパイル時の定数式が必要です」というエラーが出てしまいました。
再帰関数自体に問題があるのでしょうか？

[yumetodo]

手元で再現しないのですが、お使いのコンパイラはなんですか？もしVisual Studio 2015 Update 2より前を使っているならバグっているので動かないかも。

[asobinin]

コンパイラの情報も書いておくべきでした・・・
Visual Studio2017 15.9.4を使用しているので、コンパイラが古いというのは考えにくいです

[yumetodo]

追記しました

[asobinin]

yumetodoさんの言う通り、再帰回数を減らしたら無事実行できました。
回数に上限があったなんて知りませんでした・・・
ご助言ありがとうございました。