【C++】5-1.1 常量表达式涉及的const与constexpr关键字

野性酷女 2023-01-20 11:47 22阅读 0赞

### 【C++】5-1.1 常量表达式涉及的const与constexpr关键字 ###

*  常量表达式
 *  const关键字
 *  C++11的constexpr 关键字
 *  const与constexpr区别

# 常量表达式 #

常量表达式是编译期可以计算值的一个表达式；  
即由编译器伪装操作系统去执行代码，得到一个计算值；

比如：在c++中，不管是原生数组还是std::array数组，C++ 数组的大小要求是编译期的一个常量。

以下示例编译运行正确：

#include<iostream>
    #include<array>
    int main()
    { 
    	// 申明数组时，需要是编译期常量，即常量表达式
    	const int n = 1;
    	std::array<int, n> a1; // OK: n is a constant expression常量表达式 
    	return 0;
    }

修改代码，如果申明数组时，不是常量表达式，则会报错， 报错示例如下：

#include<iostream>
    #include<array>
    int main()
    { 
    	// 申明数组时，需要是编译期常量，即常量表达式
    	int n = 1;
    
    	std::array<int, n> a1; // 错误: n 不是常量表达式
    	return 0;
    }

编译报错如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2puMTAwMTA1Mzc_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# const关键字 #

可以通过const关键字来实现常量表达式，  
但是const关键字修饰的表达式不一定是常量表达式（编译时的常量）！  
即const既可以定义编译时的常量，也可以定义运行时常量。

比如n是一个变量，num 是运行常量，在编译期不知道num的值，所以下面这种申明数组的方式会报错：

#include<iostream>
    #include<array>
    int main()
    { 
    	// 申明数组时，需要是编译期常量，即常量表达式
    	int n = 1;
    	//因为n是一个变量，所以 num 是运行常量，在编译期不知道num的值 
    	const int num = n; 	
    
    	std::array<int, num> a3; // error: rcn is NOT known at compile-time
    	return 0;
    }

报错如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2puMTAwMTA1Mzc_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
正确修改：  
将n变成常量表达式，如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2puMTAwMTA1Mzc_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

# C++11的constexpr 关键字 #

由于有编译时的常量和运行时期的常量区分，  
c++11中引入了constexpr关键字：需要编译时期常量，请显示的使用constexpr关键字！

constexpr修饰的变量，要可在编译时计算函数或变量的值，否则直接编译报错！  
注意对于constexpr修饰的函数要为常量表达式，要求函数的参数、返回值也要是常量表达式（否则并不报错，只是返回值不是常量表达式了！），且c++14才允许constexpr函数中有分支循环等；

如下编译报错：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2puMTAwMTA1Mzc_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

如下示例可正确编译执行：

/* 下面的代码在windows操作系统下运行 IDE:vs2017 社区版， c++语言标准：ISO C++14 */
    #include<iostream>
    #include<array>
    
    constexpr int max(int a, int b) 
    {  // c++11 引入 constexpr
    	if (a > b) return a;   // c++14才允许constexpr函数中有分支循环等
    	else       return b;
    }
    
    int main()
    { 
    	// 申明数组时，需要是编译期常量，即常量表达式
    	constexpr int n1 = 1;
    	//因为n1是一个常量表达式，所以 num 也是常量表达式，在编译期知道num的值 
    	const int num = n1; 	
    	std::array<int, num> a3; 
    
    	int n2 = 1;
    	const int a = n2++;   // a是运行期常量
    	const int b = 4;      // 编译期常量，等价于: constexpr int b = 4;
    
    	//int a1[max(n2, a)]; // 错误：n2 & a 不是编译期常量
    	std::array<char, max(b, 5)> a2; // OK: cm 和 5 是编译期常量 
    	return 0;
    }

# const与constexpr区别 #

主要区别  
const ： 告知程序员，const 修饰的内容是不会被修改的。主要目的是帮程序员避免bug 。  
如下，不能给常量赋值：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2puMTAwMTA1Mzc_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
constexpr ：用在所有被要求使用constant expression常量表达式的地方（即constexpr 修饰的东西可以在编译期计算得到值），主要目的是让编译器能够优化代码提升性能 。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2puMTAwMTA1Mzc_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221021/b7baeb7e02204ba6b8568a1e7cd32ff5.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2puMTAwMTA1Mzc_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221021/0ff509720ab045a9b9c6b7ef398f8c32.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2puMTAwMTA1Mzc_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221021/e30db2c5c67d4ccb95e20cb68fb5bfe6.png
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