Как использовать компилятор C #, C ++ или Java для вычисления 1 + 2 + 3 + ... + 1000 во время компиляции? - PullRequest
120 голосов
/ 06 января 2012

В недавнем интервью мне задали действительно странный вопрос.Интервьюер спросил меня, как я могу вычислить 1 + 2 + 3 + ... + 1000, просто используя функции компилятора.Это означает, что мне не разрешено писать программу и выполнять ее, но я должен просто написать программу, которая могла бы заставить компилятор вычислять эту сумму во время компиляции и печатать результат по завершении компиляции.В качестве подсказки он сказал мне, что я могу использовать обобщенные и препроцессорные функции компилятора.Можно использовать компилятор C ++, C # или Java.Любые идеи ???

Этот вопрос не связан с вычислением суммы без каких-либо циклов заданных здесь .Кроме того, следует отметить, что сумма ДОЛЖНА быть рассчитана во время компиляции.Печать только результата с использованием директив компилятора C ++ недопустима.


Читая больше о опубликованных ответах, я обнаружил, что решение проблем во время компиляции с использованием шаблонов C ++ называется метапрограммирование .Это метод, который был случайно обнаружен доктором Эрвином Унру во время стандартизации языка C ++.Вы можете прочитать больше об этой теме на вики-странице метапрограммирования .Кажется, что написать программу на Java можно, используя аннотации Java.Вы можете взглянуть на ответ мамы ниже.

Хорошая книга о метапрограммировании на C ++ - эта .Стоит посмотреть, если интересно.

Полезной библиотекой метапрограммирования C ++ является MPL Boost эта ссылка .

Ответы [ 13 ]

117 голосов
/ 06 января 2012

Обновлено Теперь с улучшенной глубиной рекурсии! Работает на MSVC10 и GCC без увеличения глубины. :)


Простая рекурсия во время компиляции + дополнение:

template<unsigned Cur, unsigned Goal>
struct adder{
  static unsigned const sub_goal = (Cur + Goal) / 2;
  static unsigned const tmp = adder<Cur, sub_goal>::value;
  static unsigned const value = tmp + adder<sub_goal+1, Goal>::value;
};

template<unsigned Goal>
struct adder<Goal, Goal>{
  static unsigned const value = Goal;
};

Testcode:

template<unsigned Start>
struct sum_from{
  template<unsigned Goal>
  struct to{
    template<unsigned N>
    struct equals;

    typedef equals<adder<Start, Goal>::value> result;
  };
};

int main(){
  sum_from<1>::to<1000>::result();
}

Выход для GCC:

ошибка: объявление ‘struct sum_from <1u> :: to <1000u> :: равно <500500u>’

Живой пример на Ideone .

Выход для MSVC10:

error C2514: 'sum_from<Start>::to<Goal>::equals<Result>' : class has no constructors
      with
      [
          Start=1,
          Goal=1000,
          Result=500500
      ]
88 голосов
/ 07 января 2012

C # пример ошибки во время компиляции.

class Foo
{
    const char Sum = (1000 + 1) * 1000 / 2;
}

Создает следующую ошибку компиляции:

Constant value '500500' cannot be converted to a 'char' 
50 голосов
/ 06 января 2012

Я должен просто написать программу, которая могла бы заставить компилятор вычислять эту сумму во время компиляции и выводить результат по завершении компиляции.

Популярный способ печати номера во время компиляции - попытаться получить доступ к несуществующему элементу шаблона, для которого создан номер, который вы хотите напечатать:

template<int> struct print_n {};

print_n<1000 * 1001 / 2>::foobar go;

Затем компилятор говорит:

error: 'foobar' in 'struct print_n<500500>' does not name a type

Более интересный пример этой техники см. В Решить проблему восьми королев во время компиляции .

31 голосов
/ 07 января 2012

Поскольку в вопросе об интервью не были указаны ни компилятор, ни язык, я осмелюсь представить решение в Haskell, используя GHC:

{-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}
{-# OPTIONS_GHC -ddump-splices #-}
module Main where

main :: IO ()
main = print $(let x = sum [1 :: Int .. 1000] in [| x |])

Скомпилировать его:

$ ghc compsum.hs
[1 of 1] Compiling Main             ( compsum.hs, compsum.o )
Loading package ghc-prim ... linking ... done.
<snip more "Loading package ..." messages>
Loading package template-haskell ... linking ... done.
compsum.hs:6:16-56: Splicing expression
    let x = sum [1 :: Int .. 1000] in [| x |] ======> 500500
Linking compsum ...

И мы получилирабочая программа тоже.

19 голосов
/ 07 января 2012

Жизнь будет намного проще с C ++ 11, который добавляет constexpr функции для расчета времени компиляции, хотя в настоящее время они поддерживаются только gcc 4.6 или более поздними версиями.

constexpr unsigned sum(unsigned start, unsigned end) {
    return start == end ? start :
        sum(start, (start + end) / 2) +
        sum((start + end) / 2 + 1, end);
}

template <int> struct equals;
equals<sum(1,1000)> x;

Только стандарттребует, чтобы компилятор поддерживал глубину рекурсии 512, поэтому он все еще должен избегать глубины линейной рекурсии.Вот вывод:

$ g++-mp-4.6 --std=c++0x test.cpp -c
test.cpp:8:25: error: aggregate 'equals<500500> x' has incomplete type and cannot be defined

Конечно, вы можете просто использовать формулу:

constexpr unsigned sum(unsigned start, unsigned end) {
    return (start + end) * (end - start + 1) / 2;
}

// static_assert is a C++11 assert, which checks
// at compile time.
static_assert(sum(0,1000) == 500500, "Sum failed for 0 to 1000");
13 голосов
/ 11 января 2012

В Java я подумал об использовании обработки аннотаций. Утилита apt сканирует исходный файл перед его фактическим анализом в команде javac.

Во время компиляции исходных файлов вывод будет распечатан:

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
public @interface MyInterface {

    int offset() default 0;

    int last() default 100;
}

Процессор фабричный:

public class MyInterfaceAnnotationProcessorFactory implements AnnotationProcessorFactory {

    public Collection<String> supportedOptions() {
        System.err.println("Called supportedOptions.............................");
        return Collections.EMPTY_LIST;
    }

    public Collection<String> supportedAnnotationTypes() {
        System.err.println("Called supportedAnnotationTypes...........................");
        return Collections.singletonList("practiceproject.MyInterface");
    }

    public AnnotationProcessor getProcessorFor(Set<AnnotationTypeDeclaration> set, AnnotationProcessorEnvironment ape) {
        System.err.println("Called getProcessorFor................");
        if (set.isEmpty()) {
            return AnnotationProcessors.NO_OP;
        }
        return new MyInterfaceAnnotationProcessor(ape);
    }
}

Фактический процессор аннотаций:

public class MyInterfaceAnnotationProcessor implements AnnotationProcessor {

    private AnnotationProcessorEnvironment ape;
    private AnnotationTypeDeclaration atd;

    public MyInterfaceAnnotationProcessor(AnnotationProcessorEnvironment ape) {
        this.ape = ape;
        atd = (AnnotationTypeDeclaration) ape.getTypeDeclaration("practiceproject.MyInterface");
    }

    public void process() {
        Collection<Declaration> decls = ape.getDeclarationsAnnotatedWith(atd);
        for (Declaration dec : decls) {
            processDeclaration(dec);
        }
    }

    private void processDeclaration(Declaration d) {
        Collection<AnnotationMirror> ams = d.getAnnotationMirrors();
        for (AnnotationMirror am : ams) {
            if (am.getAnnotationType().getDeclaration().equals(atd)) {
                Map<AnnotationTypeElementDeclaration, AnnotationValue> values = am.getElementValues();
                int offset = 0;
                int last = 100;
                for (Map.Entry<AnnotationTypeElementDeclaration, AnnotationValue> entry : values.entrySet()) {
                    AnnotationTypeElementDeclaration ated = entry.getKey();
                    AnnotationValue v = entry.getValue();
                    String name = ated.getSimpleName();
                    if (name.equals("offset")) {
                        offset = ((Integer) v.getValue()).intValue();
                    } else if (name.equals("last")) {
                        last = ((Integer) v.getValue()).intValue();
                    }
                }
                //find the sum
                System.err.println("Sum: " + ((last + 1 - offset) / 2) * (2 * offset + (last - offset)));
            }
        }
    }
}

Затем мы создаем исходный файл. простой класс, который использует аннотацию MyInterface:

 @MyInterface(offset = 1, last = 1000)
public class Main {

    @MyInterface
    void doNothing() {
        System.out.println("Doing nothing");
    }

    /**
     * @param args the command line arguments
     */
    public static void main(String[] args) {
        // TODO code application logic here
        Main m = new Main();
        m.doNothing();
        MyInterface my = (MyInterface) m.getClass().getAnnotation(MyInterface.class);
        System.out.println("offset: " + my.offset());
        System.out.println("Last: " + my.last());
    }
}

Процессор аннотаций компилируется в файл jar, затем инструмент apt используется для компиляции исходного файла:

apt -cp "D:\Variance project\PracticeProject\dist\practiceproject.jar" -factory practiceproject.annotprocess.MyInterfaceAnnotationProcessorFactory "D:\Variance project\PracticeProject2\src\practiceproject2\Main.java"

Выход проекта:

Called supportedAnnotationTypes...........................
Called getProcessorFor................
Sum: 5000
Sum: 500500
9 голосов
/ 21 июля 2012

Я чувствую себя обязанным дать этот C-код, поскольку еще никто не имеет:

#include <stdio.h>
int main() {
   int x = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+
           21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39+40+
           41+42+43+44+45+46+47+48+49+50+51+52+53+54+55+56+57+58+59+60+
           61+62+63+64+65+66+67+68+69+70+71+72+73+74+75+76+77+78+79+80+
           81+82+83+84+85+86+87+88+89+90+91+92+93+94+95+96+97+98+99+100+     
           101+102+103+104+105+106+107+108+109+110+111+112+113+114+115+116+117+118+119+120+
           121+122+123+124+125+126+127+128+129+130+131+132+133+134+135+136+137+138+139+140+
           141+142+143+144+145+146+147+148+149+150+151+152+153+154+155+156+157+158+159+160+
           161+162+163+164+165+166+167+168+169+170+171+172+173+174+175+176+177+178+179+180+
           181+182+183+184+185+186+187+188+189+190+191+192+193+194+195+196+197+198+199+200+
           201+202+203+204+205+206+207+208+209+210+211+212+213+214+215+216+217+218+219+220+
           221+222+223+224+225+226+227+228+229+230+231+232+233+234+235+236+237+238+239+240+
           241+242+243+244+245+246+247+248+249+250+251+252+253+254+255+256+257+258+259+260+
           261+262+263+264+265+266+267+268+269+270+271+272+273+274+275+276+277+278+279+280+
           281+282+283+284+285+286+287+288+289+290+291+292+293+294+295+296+297+298+299+300+
           301+302+303+304+305+306+307+308+309+310+311+312+313+314+315+316+317+318+319+320+
           321+322+323+324+325+326+327+328+329+330+331+332+333+334+335+336+337+338+339+340+
           341+342+343+344+345+346+347+348+349+350+351+352+353+354+355+356+357+358+359+360+
           361+362+363+364+365+366+367+368+369+370+371+372+373+374+375+376+377+378+379+380+
           381+382+383+384+385+386+387+388+389+390+391+392+393+394+395+396+397+398+399+400+
           401+402+403+404+405+406+407+408+409+410+411+412+413+414+415+416+417+418+419+420+
           421+422+423+424+425+426+427+428+429+430+431+432+433+434+435+436+437+438+439+440+
           441+442+443+444+445+446+447+448+449+450+451+452+453+454+455+456+457+458+459+460+
           461+462+463+464+465+466+467+468+469+470+471+472+473+474+475+476+477+478+479+480+
           481+482+483+484+485+486+487+488+489+490+491+492+493+494+495+496+497+498+499+500+
           501+502+503+504+505+506+507+508+509+510+511+512+513+514+515+516+517+518+519+520+
           521+522+523+524+525+526+527+528+529+530+531+532+533+534+535+536+537+538+539+540+
           541+542+543+544+545+546+547+548+549+550+551+552+553+554+555+556+557+558+559+560+
           561+562+563+564+565+566+567+568+569+570+571+572+573+574+575+576+577+578+579+580+
           581+582+583+584+585+586+587+588+589+590+591+592+593+594+595+596+597+598+599+600+
           601+602+603+604+605+606+607+608+609+610+611+612+613+614+615+616+617+618+619+620+
           621+622+623+624+625+626+627+628+629+630+631+632+633+634+635+636+637+638+639+640+
           641+642+643+644+645+646+647+648+649+650+651+652+653+654+655+656+657+658+659+660+
           661+662+663+664+665+666+667+668+669+670+671+672+673+674+675+676+677+678+679+680+
           681+682+683+684+685+686+687+688+689+690+691+692+693+694+695+696+697+698+699+700+
           701+702+703+704+705+706+707+708+709+710+711+712+713+714+715+716+717+718+719+720+
           721+722+723+724+725+726+727+728+729+730+731+732+733+734+735+736+737+738+739+740+
           741+742+743+744+745+746+747+748+749+750+751+752+753+754+755+756+757+758+759+760+
           761+762+763+764+765+766+767+768+769+770+771+772+773+774+775+776+777+778+779+780+
           781+782+783+784+785+786+787+788+789+790+791+792+793+794+795+796+797+798+799+800+
           801+802+803+804+805+806+807+808+809+810+811+812+813+814+815+816+817+818+819+820+
           821+822+823+824+825+826+827+828+829+830+831+832+833+834+835+836+837+838+839+840+
           841+842+843+844+845+846+847+848+849+850+851+852+853+854+855+856+857+858+859+860+
           861+862+863+864+865+866+867+868+869+870+871+872+873+874+875+876+877+878+879+880+
           881+882+883+884+885+886+887+888+889+890+891+892+893+894+895+896+897+898+899+900+
           901+902+903+904+905+906+907+908+909+910+911+912+913+914+915+916+917+918+919+920+
           921+922+923+924+925+926+927+928+929+930+931+932+933+934+935+936+937+938+939+940+
           941+942+943+944+945+946+947+948+949+950+951+952+953+954+955+956+957+958+959+960+
           961+962+963+964+965+966+967+968+969+970+971+972+973+974+975+976+977+978+979+980+
           981+982+983+984+985+986+987+988+989+990+991+992+993+994+995+996+997+998+999+1000;
  printf("%d\n", x);
}

И все, что мне нужно сделать, это проверить сборку, чтобы найти мой ответ!

gcc -S compile_sum.c;
grep "\$[0-9]*, *-4" compile_sum.s

А я вижу:

movl    $500500, -4(%rbp)
8 голосов
/ 07 января 2012

Вот реализация, которая работает под VC ++ 2010. Мне пришлось разбить вычисления на 3 этапа, так как компилятор жаловался, когда шаблоны повторялись более 500 раз.

template<int t_startVal, int t_baseVal = 0, int t_result = 0>
struct SumT
{
    enum { result = SumT<t_startVal - 1, t_baseVal, t_baseVal + t_result +
        t_startVal>::result };
};

template<int t_baseVal, int t_result>
struct SumT<0, t_baseVal, t_result>
{
    enum { result = t_result };
};

template<int output_value>
struct Dump
{
    enum { value = output_value };
    int bad_array[0];
};

enum
{
    value1 = SumT<400>::result,                // [1,400]
    value2 = SumT<400, 400, value1>::result,   // [401, 800]
    value3 = SumT<200, 800, value2>::result    // [801, 1000]
};

Dump<value3> dump;

Когда вы компилируете это, вы должны увидеть этот вывод компилятора примерно так:

1>warning C4200: nonstandard extension used : zero-sized array in struct/union
1>          Cannot generate copy-ctor or copy-assignment operator when UDT contains a 
zero-sized array
1>          templatedrivensum.cpp(33) : see reference to class template 
instantiation 'Dump<output_value>' being compiled
1>          with
1>          [
1>              output_value=500500
1>          ]
5 голосов
/ 19 декабря 2012

Расширено ответом Карла Уолша, чтобы фактически напечатать результат во время компиляции:

#define VALUE (1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+\
21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39+40+\
41+42+43+44+45+46+47+48+49+50+51+52+53+54+55+56+57+58+59+60+\
61+62+63+64+65+66+67+68+69+70+71+72+73+74+75+76+77+78+79+80+\
81+82+83+84+85+86+87+88+89+90+91+92+93+94+95+96+97+98+99+100+\
101+102+103+104+105+106+107+108+109+110+111+112+113+114+115+116+117+118+119+120+\
121+122+123+124+125+126+127+128+129+130+131+132+133+134+135+136+137+138+139+140+\
141+142+143+144+145+146+147+148+149+150+151+152+153+154+155+156+157+158+159+160+\
161+162+163+164+165+166+167+168+169+170+171+172+173+174+175+176+177+178+179+180+\
181+182+183+184+185+186+187+188+189+190+191+192+193+194+195+196+197+198+199+200+\
201+202+203+204+205+206+207+208+209+210+211+212+213+214+215+216+217+218+219+220+\
221+222+223+224+225+226+227+228+229+230+231+232+233+234+235+236+237+238+239+240+\
241+242+243+244+245+246+247+248+249+250+251+252+253+254+255+256+257+258+259+260+\
261+262+263+264+265+266+267+268+269+270+271+272+273+274+275+276+277+278+279+280+\
281+282+283+284+285+286+287+288+289+290+291+292+293+294+295+296+297+298+299+300+\
301+302+303+304+305+306+307+308+309+310+311+312+313+314+315+316+317+318+319+320+\
321+322+323+324+325+326+327+328+329+330+331+332+333+334+335+336+337+338+339+340+\
341+342+343+344+345+346+347+348+349+350+351+352+353+354+355+356+357+358+359+360+\
361+362+363+364+365+366+367+368+369+370+371+372+373+374+375+376+377+378+379+380+\
381+382+383+384+385+386+387+388+389+390+391+392+393+394+395+396+397+398+399+400+\
401+402+403+404+405+406+407+408+409+410+411+412+413+414+415+416+417+418+419+420+\
421+422+423+424+425+426+427+428+429+430+431+432+433+434+435+436+437+438+439+440+\
441+442+443+444+445+446+447+448+449+450+451+452+453+454+455+456+457+458+459+460+\
461+462+463+464+465+466+467+468+469+470+471+472+473+474+475+476+477+478+479+480+\
481+482+483+484+485+486+487+488+489+490+491+492+493+494+495+496+497+498+499+500+\
501+502+503+504+505+506+507+508+509+510+511+512+513+514+515+516+517+518+519+520+\
521+522+523+524+525+526+527+528+529+530+531+532+533+534+535+536+537+538+539+540+\
541+542+543+544+545+546+547+548+549+550+551+552+553+554+555+556+557+558+559+560+\
561+562+563+564+565+566+567+568+569+570+571+572+573+574+575+576+577+578+579+580+\
581+582+583+584+585+586+587+588+589+590+591+592+593+594+595+596+597+598+599+600+\
601+602+603+604+605+606+607+608+609+610+611+612+613+614+615+616+617+618+619+620+\
621+622+623+624+625+626+627+628+629+630+631+632+633+634+635+636+637+638+639+640+\
641+642+643+644+645+646+647+648+649+650+651+652+653+654+655+656+657+658+659+660+\
661+662+663+664+665+666+667+668+669+670+671+672+673+674+675+676+677+678+679+680+\
681+682+683+684+685+686+687+688+689+690+691+692+693+694+695+696+697+698+699+700+\
701+702+703+704+705+706+707+708+709+710+711+712+713+714+715+716+717+718+719+720+\
721+722+723+724+725+726+727+728+729+730+731+732+733+734+735+736+737+738+739+740+\
741+742+743+744+745+746+747+748+749+750+751+752+753+754+755+756+757+758+759+760+\
761+762+763+764+765+766+767+768+769+770+771+772+773+774+775+776+777+778+779+780+\
781+782+783+784+785+786+787+788+789+790+791+792+793+794+795+796+797+798+799+800+\
801+802+803+804+805+806+807+808+809+810+811+812+813+814+815+816+817+818+819+820+\
821+822+823+824+825+826+827+828+829+830+831+832+833+834+835+836+837+838+839+840+\
841+842+843+844+845+846+847+848+849+850+851+852+853+854+855+856+857+858+859+860+\
861+862+863+864+865+866+867+868+869+870+871+872+873+874+875+876+877+878+879+880+\
881+882+883+884+885+886+887+888+889+890+891+892+893+894+895+896+897+898+899+900+\
901+902+903+904+905+906+907+908+909+910+911+912+913+914+915+916+917+918+919+920+\
921+922+923+924+925+926+927+928+929+930+931+932+933+934+935+936+937+938+939+940+\
941+942+943+944+945+946+947+948+949+950+951+952+953+954+955+956+957+958+959+960+\
961+962+963+964+965+966+967+968+969+970+971+972+973+974+975+976+977+978+979+980+\
981+982+983+984+985+986+987+988+989+990+991+992+993+994+995+996+997+998+999+1000)

char tab[VALUE];

int main()
{
    tab = 5;
}

выходы gcc:

test.c: In function 'main':
test.c:56:9: error: incompatible types when assigning to type 'char[500500]' fro
m type 'int'
2 голосов
/ 06 января 2012

Вы можете использовать (и в основном злоупотреблять) макросы / шаблоны C ++ для выполнения метапрограммирования .AFAIK, Java не допускает подобных вещей.

...