C++ constexpr类型说明符

Posted 2020-06-21 yhl_leo

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关键字 constexpr 于 C++11 中引入并于 C++14 中得到改善。它表示常数表达式。与 const 相同，它可应用于变量，因此如果任何代码试图修改该值，均将引发编译器错误。与 const 不同，constexpr 也可应用于函数和类构造函数。 constexpr 指示值或返回值是常数，并且如果可能，将在编译时计算值或返回值。

1 constexpr 变量

const 和 constexpr 变量之间的主要区别在于：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 变量均为常量，因此必须使用常量表达式初始化。

constexpr float x = 42.0;
constexpr float y{108};
constexpr float z = exp(5, 3);
constexpr int i; // Error! Not initialized
int j = 0;
constexpr int k = j + 1; //Error! j not a constant expression

一般来说，如果你认定变量是一个常量表达式，那就把它声明成为constexpr类型。

2 constexpr 函数

constexpr 函数是在使用需要它的代码时，可以在编译时计算其返回值的函数。当其参数为 constexpr 值并且在编译时使用代码需要返回值时（例如，初始化一个 constexpr 变量或提供一个非类型模板参数），它会生成编译时常量。使用非constexpr 参数调用时，或编译时不需要其值时，它将与正则函数一样，在运行时生成一个值。

#include <iostream>

using namespace std;

// Pass by value 
constexpr float exp(float x, int n)
{
    return n == 0 ? 1 :
        n % 2 == 0 ? exp(x * x, n / 2) :
        exp(x * x, (n - 1) / 2) * x;
};

// Pass by reference
constexpr float exp2(const float& x, const int& n)
{
    return n == 0 ? 1 :
        n % 2 == 0 ? exp2(x * x, n / 2) :
        exp2(x * x, (n - 1) / 2) * x;
};

// Compile time computation of array length
template<typename T, int N>
constexpr int length(const T(&ary)[N])
{
    return N;
}

// Recursive constexpr function
constexpr int fac(int n)
{
    return n == 1 ? 1 : n*fac(n - 1);
}

// User-defined type
class Foo
{
public:
    constexpr explicit Foo(int i) : _i(i) {}
    constexpr int GetValue()
    {
        return _i;
    }
private:
    int _i;
};

int main()
{
    // foo is const:
    constexpr Foo foo(5);
    // foo = Foo(6); // Error!

    //Compile time:
    constexpr float x = exp(5, 3);
    // const float a = 2.0;
    // const int  b  = 2;
    // constexpr float xx = exp2(a, b); // Error!
    constexpr float xx = exp2(2.0, 2);
    constexpr float y{ exp(2, 5) };
    constexpr int val = foo.GetValue();
    constexpr int f5 = fac(5);
    const int nums[]{ 1, 2, 3, 4 };
    const int nums2[length(nums) * 2]{ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 };

    cout << "The value of foo is " << foo.GetValue() << endl;

}

3 constexpr和指针

还记得const与指针的规则吗？如果关键字const出现在星号左边，表示被指物是常量；如果出现在星号右边，表示指针本身是常量；如果出现在星号两边，表示被指物和指针两者都是常量。

与const不同，在constexpr声明中如果定义了一个指针，限定符constexpr仅对指针有效，与指针所指对象无关。

const int *p     = 0; // non-const pointer, const data
constexpr int *q = 0; // const pointer, non-const data

与其它常量指针类似，const指针既可以指向常量也可以指向一个非常量：

int j = 0;
constexpr int i = 2;
constexpr const int *p = &i; // const pointer, const data
constexpr int *p1 = &j; // const pointer, non-const data