CXX特性与语法记录
最近在读BakrN集成了Tensor Core的RISC-V GPGPU (vortex) 源码。当我看到这代码时，顿感压力山大。于是决定写下这篇笔记，记录一些C++的小特性和语法。
位域
struct float16{
unsigned short sign : 1;
unsigned short exponent : 5;
unsigned short mantissa : 10;
};
有如下内存分布：
1 1 1
5 4 0 9 0
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |exponent | matissa |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
~~~
|
sign
C++
std::cout << "sizeof(float16): " << sizeof(float16) << std::endl;
Output
sizeof(float16): 2
所以，这个float16结构体事实上只占用了一个unsigned short的大小，16位。并且每一个段都有自己的名称，便于访问。
一个位域不可以具有超过其类型的长度，因此禁止出现unsigned int ui33: 33。
一个位域不可以跨越基本类型的边界，如果跨越，则将该域对齐到下一个基本类型开始的位置：
struct inst1{
unsigned int opcode: 6;
unsigned int ui30 : 30;
};
有如下内存分布：
3 3 3 3 2
7 2 1 0 9 0
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| opcode | | ui30 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
~~~~~
|
unused
C++
std::cout << "sizeof(inst1): " << sizeof(inst1) << std::endl;
Output
sizeof(inst1): 8
同样，也可以人工制定不具名块，将下一个域放置到下一个基本类型开始的位置：
struct inst2{
unsigned int opcode: 6;
unsigned int : 0;
unsigned int ui12 : 12;
};
C++
std::cout << "sizeof(inst2): " << sizeof(inst2) << std::endl;
Output
sizeof(inst2): 8
在上个例子中，opcode与ui12即使长度小于一个基本类型（unsigned int），也还是会被分配到两个基本类型的空间中。
当然，请不要对其内部元素取址，C++编译器将会给你一个沉重的error。
enum class
枚举类enum class是C++11引入的语法，可以将枚举值限制在域内，禁止隐式转换，同时支持设定默认类型。
使用enum可能发生一些奇怪的事：
C++
enum class person{
good = 0,
bad
};
enum class colour{
red = 0,
blue
};
int main(int argc, char **argv) {
std::cout << "good == red: " << (good == red) << std::endl;
std::cout << "good == 0: " << (good == 0) << std::endl;
return 0;
}
Output
good == red: 1
good == 0: 1
枚举值可以相互隐式转换，可能导致一些意料之外的状况。
当使用enum class时，枚举值被限制在class内，必须通过::访问。同时enum class禁止隐式转换，person::good == 0这类问题在编译时即可发现.
C++
enum class person{
good = 0,
bad
};
int main(int argc, char **argv) {
std::cout << (person::good == 0) << std::endl;
return 0;
}
Output
/main.cpp: In function 'int main(int, char**)':
/main.cpp:193:30: error: no match for 'operator==' (operand types are 'person' and 'int')
193 | std::cout << (person::good == 0) << std::endl;
| ~~~~~~~~~~~~ ^~ ~
| | |
| person int
可变参数
可变参数...函数实际上是一个在C++中非常非常常见的东西，比如printf就是靠可变参数...实现的，因此printf可以接收任意个参数。即使格式化字符串不要求也是可以接收的：例如以下代码就是合法的。
printf("Nothing here", 1, 2, 3, 4, 5);
对于可变参数模板函数，花样就更多了：
template<int i, int i_end, typename Func, typename... Args>
inline void unrolled_for_func(Func &&func, Args &&... args) {
if constexpr (i < i_end) {
func(args...);
unrolled_for_func<i + 1, i_end>(func, args...);
}
}
以上代码可以执行i_end - i次Func(args)，手动展开了for循环。例如
C++
int main(int argc, char **argv) {
unrolled_for_func<0, 3>(printf, "This is a %s func call...\n", "printf");
return 0;
}
Output
This is a printf func call...
This is a printf func call...
This is a printf func call...
如果你注意到了if后的constexpr，就会想到没有这个constexpr会发生什么？
C++
template<int i, int i_end, typename Func, typename... Args>
inline void unrolled_for_func(Func &&func, Args &&... args) {
if (i < i_end) {
func(args...);
unrolled_for_func<i + 1, i_end>(func, args...);
}
}
Output
/main.cpp: In instantiation of 'void unrolled_for_func(Func&&, Args&& ...) [with int i = 899; int i_end = 3; Func = int (&)(const char*, ...); Args = {const char (&)[27], const char (&)[7]}]':
/main.cpp:186:36: recursively required from 'void unrolled_for_func(Func&&, Args&& ...) [with int i = 1; int i_end = 3; Func = int (&)(const char*, ...); Args = {const char (&)[27], const char (&)[7]}]'
/main.cpp:186:36: required from 'void unrolled_for_func(Func&&, Args&& ...) [with int i = 0; int i_end = 3; Func = int (&)(const char*, ...); Args = {const char (&)[27], const char (&)[7]}]'
/main.cpp:192:26: required from here
/main.cpp:186:36: fatal error: template instantiation depth exceeds maximum of 900 (use '-ftemplate-depth=' to increase the maximum)
186 | unrolled_for_func<i + 1, i_end>(func, args...);
| ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~
compilation terminated.
编译器会因为超出递归深度限制而终止编译。由此可见，C++编译器会将所有出现的unrolled_for_func实例化，而不会检查i < i_end条件。当使用constexpr关键字限制后，编译器才会发现i < i_end这个限制条件，从而终止实例化unrolled_for_func。
Reference
Nada, A., Sarda, G. M., & Lenormand, E. (2025). Cooperative Warp Execution in Tensor Core for RISC-V GPGPU. 2025 IEEE International Symposium on High Performance Computer Architecture (HPCA), pp. 1422–1436.