为什么打印模板元编程计算阶乘结果，比打印 for 循环计算阶乘结果更耗时

[zcion]

最近看了 effective c++ 这本书，书中有一种用模板元编程计算阶乘的骚操作，说是可以将计算从运行时转到编译期间，这样可以提高代码的执行效率。

但我尝试了下，发现并没有比使用 for 循环计算阶乘的方法快，反而花费了更多的时间，代码如下：

#include <chrono>
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <new>
#include <vector>

using std::size_t;

template <unsigned x>
struct fac {
    static const size_t value = x * fac<x - 1>::value;
};

template <>
struct fac<1> {
    static const size_t value = 1;
};

// for 循环计算阶乘
size_t fori(size_t v) {
    size_t tmp = 1;
    for (size_t i = 1; i <= v; i++) {
        tmp = tmp * i;
    }
    return tmp;
}

// 利用模板元编程计算阶乘
constexpr size_t facc() { return fac<901>::value; }

void func() {
    // 模板元编程计算耗时
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    constexpr auto tmp = facc();
    std::cout << tmp << std::endl;

    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto duration =
        std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(end - start);
    std::cout << "Elapsed time: " << duration.count() << " ns"
              << std::endl;  // 输出 57466 ns

    // for 循环计算耗时
    auto start1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    size_t t = fori(901);
    std::cout << tmp << std::endl;

    auto end1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto duration1 =
        std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(end1 - start1);
    std::cout << "Elapsed time: " << duration1.count() << " ns"
              << std::endl;  // 输出 1647 ns
}

int main() { func(); }

如果去掉打印，反而是利用模板元编程的更快，确实符合编译期计算提高效率的说法，但这里打印了其结果，反而花费了更多时间。

这是为什么，是编译器自个的优化策略问题还是什么？

编译器版本：gcc (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04) 11.4.0

[zcion]

for 循环打印的结果写错了，不过不影响想要表达的意思

[bfjm]

调换了一下顺序，前大后小， 应该是程序冷启动的偏差

[bfjm]

可以重复测试取中位数 会更精确一点

[zcion]

@bfjm 感谢大佬，重复 100 次取中位值就正常了

[billccn]

一是你这样做 micro benchmark 完全不准确，因为程序运行会受到操作系统和 CPU 频率等诸多影响，需要使用 google bench 等框架测量才有意义。

二是 constexpr auto tmp 的值在编译的时候就算好了，不会耗时的，你这个代码主要测量了打印到 cout 和取高精度时间的开销。这些都是 syscall ，响应的耗时是很随机的。

[vvhy]

不要把 cout 放在计时里，估计占 99%的时间

[ipwx]

只有我想吐槽，900 个数连乘，肯定已经溢出了么。。。

[zcion]

@billccn 感谢大佬，认识了个新东西

[zcion]

@vvhy 这里好奇的点是输出一个编译期计算的结果花费了更多的时间

[zcion]

@ipwx 溢出了也无所谓，主要是多次循环消耗些时间

[kyingstar]

复制了 op 的 case ，尝试把迭代次数开到 10w ，然后编译了 21s 。。。感觉完全不如正常写 constexpr