什么时候应该在 C++ 中使用文字类？

Posted 2023-02-22

【中文标题】什么时候应该在 C++ 中使用文字类？

【英文标题】：When should literal classes be used in C++?

【发布时间】：2013-01-13 20:48:27

【问题描述】：

谁能告诉我C++什么时候需要文字类？ 我对 constexpr 构造函数、constexpr 成员感到有些困惑，我看不出重点是什么。我想看看它的一些实际用途。

我也想知道set成员函数是否需要constexpr，即：

constexpr void set_num(int a)  num = a; 

【问题讨论】：

你不能修改编译时对象。

您的set_num 成员似乎正试图修改某个类的成员。如果set_num 被声明为 constexpr，则无法修改对象，因此您的赋值无效。

我还没有遇到过使用 constexpr 类实例的特殊情况，但无论如何我并没有太多使用 constexpr。原则上，当您想将几个相关的 constexpr 值和函数组合在一起时，您应该创建一个类。

@VaughnCato，你说得对，constexpr 成员函数不能修改对象，但这就像任何其他 const 成员函数一样，不是因为对象是“编译时目的”。您可以拥有文字类型的可变对象。

对，就像我在下面的回答中所说：这并不意味着该类型的所有对象必须是constexpr 常量，它只是意味着该类型的对象可以声明为constexpr常量

【参考方案1】：

在 C++03 中，该对象具有动态初始化

struct Data 
  int i;
  int j;
;
Data init_data();  // calculate something
const Data data = init_data();

即程序启动时，在main运行之前，会调用函数并初始化对象。

在 C++11 中，对象可以有常量初始化，一种静态初始化的形式，意味着它的值是在编译时设置的，并且在程序开始。这对于避免 static initialization order fiasco 等非常有用。为确保类型得到常量初始化，它必须由常量表达式初始化，因此必须有一个constexpr 构造函数，并且在完整表达式中调用的任何函数都必须是constexpr 函数。

Data 类型是微不足道的，所以它隐式声明的构造函数是 constexpr 构造函数，所以要使全局 data 经历常量初始化，我们只需要将 init_data() 设为constexpr函数：

struct Data 
  int i;
  int j;
;
constexpr Data init_data();  // calculate something
constexpr Data data = init_data();

文字类型的优点是此类类型可用于其他常量表达式，即需要编译时常量的上下文中。所以现在我们将data 对象作为编译时常量，我们可以在其他常量表达式中使用它，例如初始化其他编译时常量：

const int i = ::data.i;

我们可以将Data 类型用于具有类内初始化程序的静态数据成员：

struct MoreData 
  static constexpr Data zerozero = Data;  // OK, Data is a literal type
;

如果Data 不是文字类型，我们将不得不写：

struct MoreData 
  static const Data zerozero;
;

// in moredata.cc
const Data MoreData::zerozero = Data;

然后只看到标头的代码不知道MoreData::zerozero 的值，并且不能在编译时优化中使用它。

所以“文字类型”规则的优点是它们允许您定义可以在常量表达式中使用的新类类型。在 C++03 中，只有极少数类型（例如整数）可用于常量表达式，例如整数文字，例如 1 或 0x23 或整数类型的编译时常量。在 C++11 中，您可以编写自己的类型，这些类型在其构造函数中可以具有中等复杂的逻辑（可以在 constexpr 函数中表达的任何内容），但仍可用作编译时常量。

另外我想知道一个集合成员函数是否需要是 constexpr，即

constexpr 成员函数是const 成员函数的特例，因此它不能修改该类型的（非-mutable）成员。修改对象的setter函数不能是const。

要成为文字类型，类必须遵循一些规则，包括至少有一个 constexpr 构造函数。这并不意味着该类型的所有对象必须是constexpr常量，它只是意味着该类型的对象可以是constexpr常量，如果它们被声明为这样并使用类的constexpr 构造函数之一进行初始化。再次使用Data 示例，程序中的大多数对象都不是常量：

Data d =  0, 1 ;
d.i = d.i + 5;

因此，如果您添加了一个 setter，一个修改对象的函数，那么只有在该类型的非常量对象上使用它才有意义，并且像任何其他修改类型的函数一样，它不应该是

【参考方案2】：

constexpr 修复了 C++98 中使用数值限制时的问题。在 C++11 之前的表达式，例如

std::numeric_limits<short>::max()

不能用作整数常数，尽管它几乎等于宏INT_MAX。在 C++11 中，这样的表达式被声明为 constexpr，例如， 您可以使用它来声明数组或编译时计算（元编程）：

std::array<float,std::numeric_limits<short>::max()> a;

【讨论】：

虽然constexpr 在日常使用中确实对这种常量返回函数最有意义，但这当然只是关于constexpr 及其用法和含义的一半真相（并且只是一半的答案实际问题）。

【参考方案3】：

constexpr 类的一大优势是它们可以放入 .ro 数据中，这可以减少可执行文件大小并提高性能。特别是。对于几何类型，例如或类似的“简单”类型，这非常简洁，因为您也可以摆脱“神奇”数字。参见例如https://www.kdab.com/kdab-contributions-to-qt-5-0-part-4/.