C＃、C ++、またはJavaコンパイラーをコンパイルして1 + 2 + 3 + ... + 1000をコンパイル時に計算する方法は？
最近のインタビューで、私は本当に奇妙な質問をされました。インタビュアーは、コンパイラー機能だけを使用して1 + 2 + 3 + ... + 1000を計算する方法を尋ねました。つまり、プログラムを作成して実行することは許可されていませんが、コンパイル中にこの合計を計算し、コンパイルが完了したときに結果を出力するようにコンパイラーを駆動できるプログラムを作成する必要があります。ヒントとして、彼はコンパイラーのジェネリックおよびプリプロセッサー機能を使用できると言った。 C++、C＃、またはJavaコンパイラを使用できます。任意のアイデア???
この質問は、ループなしで合計を計算することとは関係ありません ここで質問 。さらに、コンパイル時に合計を計算する必要があることに注意してください。 C++コンパイラディレクティブを使用して結果だけを印刷することはできません。
投稿された回答の詳細を読んで、C++テンプレートを使用したコンパイル中の問題の解決はmetaprogrammingと呼ばれることがわかりました。これは、C++言語の標準化プロセス中に、Erwin Unruh博士によって偶然発見された手法です。このトピックの詳細については、 メタプログラミングのwikiページ をご覧ください。 Java Javaアノテーションを使用して、プログラムを記述できます。- マレス以下の回答。
C++でのメタプログラミングに関する素晴らしい本は this one です。興味があれば見てみる価値があります。
便利なC++メタプログラミングライブラリは、BoostのMPL このリンク です。
更新再帰の深さが改善されました！深さを増やさずにMSVC10およびGCCで動作します。 :)
単純なコンパイル時の再帰+追加：
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;
};
テストコード：
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();
}
GCCの出力：
エラー：「struct sum_from <1u> :: to <1000u> :: equals <500500u>」の宣言
MSVC10の出力：
error C2514: 'sum_from<Start>::to<Goal>::equals<Result>' : class has no constructors
with
[
Start=1,
Goal=1000,
Result=500500
]
コンパイル時にエラーを発生させるC＃の例。
class Foo
{
const char Sum = (1000 + 1) * 1000 / 2;
}
次のコンパイルエラーを生成します。
Constant value '500500' cannot be converted to a 'char'
コンパイル中にこの合計を計算し、コンパイルが完了したら結果を出力するようにコンパイラーを駆動できるプログラムを作成する必要があります。
コンパイル中に数字を印刷する一般的なトリックは、印刷する数字でインスタンス化されたテンプレートの存在しないメンバーにアクセスしようとすることです。
template<int> struct print_n {};
print_n<1000 * 1001 / 2>::foobar go;
コンパイラは次のように言います：
error: 'foobar' in 'struct print_n<500500>' does not name a type
この手法のより興味深い例については、 コンパイル時の8つのクイーンの問題を解く を参照してください。
インタビューの質問でコンパイラも言語も指定されていないため、GHCを使用してHaskellで解決策を敢えて提出します。
{-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}
{-# OPTIONS_GHC -ddump-splices #-}
module Main where
main :: IO ()
main = print $(let x = sum [1 :: Int .. 1000] in [| x |])
コンパイルする：
$ 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 ...
また、作業プログラムも用意されました。
コンパイル時の計算にconstexpr関数を追加するC++ 11を使用すると、gcc 4.6以降のみで現在サポートされていますが、人生はずっと楽になります。
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;
標準では、コンパイラが512の再帰の深さをサポートする必要があるだけなので、線形の再帰の深さを避ける必要があります。出力は次のとおりです。
$ 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
もちろん、次の式のみを使用できます。
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");
Javaでは、注釈処理の使用を検討しました。 aptツールは、ソースファイルをjavacコマンドに実際に解析する前に、ソースファイルをスキャンします。
ソースファイルのコンパイル中に、出力が出力されます。
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
public @interface MyInterface {
int offset() default 0;
int last() default 100;
}
プロセッサー工場：
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);
}
}
実際の注釈プロセッサ：
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)));
}
}
}
}
次に、ソースファイルを作成します。 MyInterface注釈を使用する単純なクラス：
@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());
}
}
注釈プロセッサはjarファイルにコンパイルされ、次にaptツールを使用してソースファイルを次のようにコンパイルします。
apt -cp "D:\Variance project\PracticeProject\dist\practiceproject.jar" -factory practiceproject.annotprocess.MyInterfaceAnnotationProcessorFactory "D:\Variance project\PracticeProject2\src\practiceproject2\Main.Java"
プロジェクトの出力：
Called supportedAnnotationTypes...........................
Called getProcessorFor................
Sum: 5000
Sum: 500500
誰もまだ持っていないので、このCコードを提供する義務があると感じています。
#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);
}
そして、私がする必要があるのは、アセンブリをチェックして私の答えを見つけることだけです！
gcc -S compile_sum.c;
grep "\$[0-9]*, *-4" compile_sum.s
そして、私は見る：
movl $500500, -4(%rbp)
VC++ 2010で機能する実装を次に示します。テンプレートが500回以上繰り返されるとコンパイラーが不満を言ったため、計算を3段階に分割する必要がありました。
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;
これをコンパイルすると、コンパイラからの次のような出力が表示されます。
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> ]
コンパイル中に結果を実際に印刷するためにCarl Walshの回答から拡張されました。
#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;
}
gcc出力：
test.c: In function 'main':
test.c:56:9: error: incompatible types when assigning to type 'char[500500]' fro
m type 'int'
メタプログラミング を行うために、C++マクロ/テンプレートを使用できます（ほとんどが乱用されます）。知る限り、Javaは同じ種類のものを許可しません。
これは実際には小さな数字でも機能しますが、sum_first（N> 400）を使用している場合、clang ++はコンパイラエラーを返します。
#include <iostream>
using namespace std;
template <int N>
struct sum_first
{
static const int value = N + sum_first<N - 1>::value;
};
template <>
struct sum_first<0>
{
static const int value = 0;
};
int main()
{
cout << sum_first<1000>::value << endl;
}
Javaを使用すると、C＃の回答と同様のことができます。
public class Cheat {
public static final int x = (1000 *1001/2);
}
javac -Xprint Cheat.Java
public class Cheat {
public Cheat();
public static final int x = 500500;
}
これは peano番号を使用したスカラ で行うことができます
-Xprintを使用しないが、さらに危険な別のソリューション
public class Cheat {
public static final int x = 5/(1000 *1001/2 - 500500);
}
javac -Xlint:all Cheat.Java
Cheat.Java:2: warning: [divzero] division by zero
public static final int x = 5/(1000 *1001/2 - 500500);
^
1 warning
コンパイラフラグを使用せずに。 （500500だけでなく）任意の数の定数をチェックできるため、このソリューションは受け入れられるはずです。
public class Cheat {
public static final short max = (Short.MAX_VALUE - 500500) + 1001*1000/2;
public static final short overflow = (Short.MAX_VALUE - 500500 + 1) + 1001*1000/2;
}
Cheat.Java:3: error: possible loss of precision
public static final short overflow = (Short.MAX_VALUE - 500500 + 1) + 1001*1000/2;
^
required: short
found: int
1 error
理論的には、これを使用できます：
_#include <iostream>
template<int N>
struct Triangle{
static int getVal()
{
return N + Triangle<N-1>::getVal();
}
};
template<>
struct Triangle<1>{
static int getVal()
{
return 1;
}
};
int main(){
std::cout << Triangle<1000>::getVal() << std::endl;
return 0;
}
_（Xeoが投稿したコードに基づく）。しかし、GCCは私にこのエラーを与えます：
triangle.c++:7: error: template instantiation depth exceeds maximum of 500 (use -ftemplate-depth-NN to increase the maximum) instantiating struct Triangle<500>
さらに、巨大な疑似スタックトレース。