常量表达式(constexpr)

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2022-01-12 08:57 195阅读 0赞

首先，常量表达式的概念：在编译期就可以计算出结果的表达式  
那么为什么要用常量表达式呢，用常量表达式会有什么好处：  
　　1.允许一些计算只在编译时进行一次，而不是每次程序运行时；  
　　2.编译器可以进行尺度更大的优化；  
　　3.可以用在需求编译期间常量的上下文，例如数组长度等；

### 使用constexpr修饰变量时： ###

const 变量的初始化可以延迟到运行时，而 constexpr 变量必须在编译时进行初始化。所有constexpr对象都是const的，但是不是所有的const对象都是constexpr的。

### 使用constexpr修饰函数时： ###

constexpr函数限制持有和返回的类型为字面值类型（literal type），本质上就是一些在编译期间可确定值的类型。在C++中，除了void之外的内置类型都是字面值类型，不过用户定义的类型也有可能是字面值类型，因为构造函数和其他成员函数可能是constexpr的；  
　如果实参都是常量表达式的话，那么它可以在编译时产生返回值；其它情况下，常量表达式函数跟普通函数一样，只有在运行时才能被调用，产生返回值；

**对constexpr函数的基本要求：**

1.  常量表达式函数必须有返回值（不可以是void函数）
2.  常量表达式函数体中只能有一条语句，且该语句必须是return语句。（可以使用?:、递归）但不产生实际代码的语句可以在常量表达式函数中使用，如static\_assert,using,typedef等（这条规定在C++14中大幅放松）
3.  return语句中，不能使用非常量表达式的变量、函数，且return的表达式也要是常量表达式
4.  常量表达式函数在使用前，必须有定义。（普通函数在被调用前只要有函数声明就够了，不一定有定义）

**常量构造函数的要求：**

1.  成员变量只能通过初始化列表来初始化，函数体必须为空
2.  初始化列表只能由常量表达式来赋值

**常量成员函数的要求：**

1.  常量成员函数被隐式定义为const成员函数，不可以通过常量成员函数去修改成员变量。也就是说，常量成员函数往往是所谓的getter函数。（c++14则不同，允许constexpr成员函数去修改成员变量）
2.  常量成员函数不能是virtual的

**在C++11与C++14的区别：**  
　　在C++11标准中，对于constexpr修饰的函数给了及其苛刻的限定条件：函数的返回值类型及所有形参的类型都是字面值类型，而且函数体内必须有且只有一条return语句。这个条件显然是太苛刻了，以至于很多在constexpr的操作都要借助？：表达式，递归等办法实现。在C++14中，放宽了这一限定，只保留了“函数的返回值类型及所有形参的类型都是字面值类型”，也就是说，这些值都在编译期能确定了就行。

### constexpr与const的本质区别 ###

**　　const**主要用于表达“对接口的写权限控制”，即“对于被const修饰的量名(例如const指针变量)，不得通过它对所指对象作任何修改”。(但是可以通过其他接口修改该对象)。另外，把对象声明为const也为编译器提供了潜在的优化可能。具体来说就是，如果把一个量声明为const，并且没有其他地方对该量作取址运算，那么编译器通常(取决于编译期实现)会用该量的实际常量值直接替换掉代码中所有引用该量的地方，而不用在最终编译结果中生成对该量的存取指令。**constexpr**的主要功能则是让更多的运算可以在编译期完成，并能保证表达式在语义上是类型安全的。(译注：相比之下，C语言中\#define只能提供简单的文本替换，而不具任何类型检查能力)。与const相比，被constexpr修饰的对象则强制要求其初始化表达式能够在编译期完成计算。之后所有引用该常量对象的地方，若非必要，一律用计算出来的常量值替换。

### 能否同时使用constexpr与const? ###

对于变量来讲，一般情况下constexpr已经包含了const的语义，所以没必要同时使用；但是也有特殊情况：

static constexpr int N = 3;
    int main()
    {
      constexpr const int *NP = &N;
      return 0;
    }

在这里const和constexpr在修饰不同的东西，constexpr和const都必须要有。constexpr表示NP指针本身是常量表达式，而const表示指向的值是一个常量。去掉const之后无法编译，因为不能用正常指针指向常量。对于成员函数来讲，在C++11中constexpr同样包含const的含义，但是C++14中则不，所以C++14中可能会需要同时使用const与constexpr。

作者：丑角的晨歌

转载于:https://www.cnblogs.com/lizhanzhe/p/10901768.html