Цикл for изнутри

Может оптимизировать, если функция инлайнится или помечена атрибутом const. Но лучше на это не полагаться.

если код arr.size() не виден из текущей единицы трансляции - будет вычисляться каждый раз, в любом случае так писать нельзя

Очень плохой вариант. Если размер arr в цикле не меняется - надо его сохранять во временной переменной.

А если меняется, то никто не гарантирует, что он будет вычисляться на каждой итерации. Я в таком разе использую while.

Интересно знать, вычисляется ли ceil(sqrt(arr.size())) на каждой итерации, или компилятор оптимизирует вычисления?

gcc -S да посмотри

Может оптимизировать, если функция инлайнится или помечена

атрибутом const.

К слову, атрибут const у метода класса вовсе не означает, что данный метод для данного состояния объекта будет возвращать одинаковые значения.

Имелся в виду __attribute__((const)).

А если меняется, то никто не гарантирует, что он будет вычисляться на каждой итерации.

Вроде гарантирует.

Компилятор GCC

За компиляторо-специфичный код давать пинков.

На каком-то из gcc (версии года так 2004-2005) у меня уже был залёт. При -O<2 пересчитывал, а с -O2 и -O3 нет. Помню полдня на отладку убил.

Значит баг компилятора.

Ну баг не баг, а как-то повелось у меня с тех пор в таких случаях while использовать. Хотя в приведённом примере лучше воспользоваться советом trex6.