C++constexpr学习笔记（未完待续06/09）

文章目录

• • 一、constexpr出现的原因
  • 二、constexpr和const的区别详解
  • • 1）代码来帮助解释
    • 2）const“只读”和“不允许被修改”之间并没有必然的联系
    • 3）在某些场景中，必须明确使用 constexpr（只有常量才能初始化 array 容器）
  • 三、constexpr的限制
  • 四、constexpr的使用举例
  • • 1）修饰普通变量
    • 2）修饰函数
    • 3）修饰类的构造函数
    • 4）修饰模板函数

一、constexpr出现的原因

• 举例
  实际开发中，我们经常会用到常量表达式。以定义数组为例，数组的长度就必须是一个常量表达式：

// 1)
int url[10];//正确
// 2)
int url[6 + 4];//正确
// 3)
int length = 6;
int url[length];//错误，length是变量

上述代码演示了 3 种定义 url 数组的方式，其中第 1、2 种定义 url 数组时，长度分别为 10 和 6+4，显然它们都是常量表达式，可以用于表示数组的长度；第 3 种 url 数组的长度为 length，它是变量而非常量，因此不是一个常量表达式，无法用于表示数组的长度。

常量表达式的应用场景还有很多，比如匿名枚举、switch-case 结构中的 case 表达式等，感兴趣的读者可自行编码测试，这里不再过多举例。

• 原因
  我们知道，C++ 程序的执行过程大致要经历编译、链接、运行这 3 个阶段。值得一提的是，常量表达式和非常量表达式的计算时机不同，非常量表达式只能在程序运行阶段计算出结果；而常量表达式的计算往往发生在程序的编译阶段，这可以极大提高程序的执行效率，因为表达式只需要在编译阶段计算一次，节省了每次程序运行时都需要计算一次的时间。

• 常量表达式定义
  指的就是由多个（≥1）常量组成的表达式。换句话说，如果表达式中的成员都是常量，那么该表达式就是一个常量表达式。这也意味着，常量表达式一旦确定，其值将无法修改。

• constexpr出现
  对于用 C++ 编写的程序，性能往往是永恒的追求。那么在实际开发中，如何才能判定一个表达式是否为常量表达式，进而获得在编译阶段即可执行的“特权”呢？除了人为判定外，C++11 标准还提供有 constexpr 关键字

constexpr 关键字的功能是使指定的常量表达式获得在程序编译阶段计算出结果的能力，而不必等到程序运行阶段。C++ 11 标准中，constexpr 可用于修饰普通变量、函数（包括模板函数）以及类的构造函数。

二、constexpr和const的区别详解 1）代码来帮助解释

#include 
#include 
using namespace std;

void dis_1(const int x){
    //错误，x是只读的变量
    array  myarr{1,2,3,4,5};
    cout << myarr[1] << endl;
}

void dis_2(){
    const int x = 5;
    array  myarr{1,2,3,4,5};
    cout << myarr[1] << endl;
}

int main()
{
   dis_1(5);
   dis_2();
}

• 现象
  dis_1() 和 dis_2() 函数中都包含一个 const int x，但 dis_1() 函数中的 x 无法完成初始化 array 容器的任务，而 dis_2() 函数中的 x 却可以。

• 原因解释
  这是因为，dis_1() 函数中的“const int x”只是想强调 x 是一个只读的变量，其本质仍为变量，无法用来初始化 array 容器；而 dis_2() 函数中的“const int x”，表明 x 是一个只读变量的同时，x 还是一个值为 5 的常量，所以可以用来初始化 array 容器。

• 历史原因
  C++ 11标准中，为了解决 const 关键字的双重语义问题，保留了 const 表示“只读”的语义，而将“常量”的语义划分给了新添加的 constexpr 关键字。因此 C++11 标准中，建议将 const 和 constexpr 的功能区分开，即凡是表达“只读”语义的场景都使用 const，表达“常量”语义的场景都使用 constexpr。

在上面的实例程序中，dis_2() 函数中使用 const int x 是不规范的，应使用 constexpr 关键字。

2）const“只读”和“不允许被修改”之间并没有必然的联系

• 代码

#include 
using namespace std;

int main()
{
    int a = 10;
    const int & con_b = a;
    cout << con_b << endl;

    a = 20;
    cout << con_b << endl;
}

可以看到，程序中用 const 修饰了 con_b 变量，表示该变量“只读”，即无法通过变量自身去修改自己的值。但这并不意味着 con_b 的值不能借助其它变量间接改变，通过改变 a 的值就可以使 con_b 的值发生变化。(在大部分实际场景中，const 和 constexpr 是可以混用的)

const int a = 5 + 4;
constexpr int a = 5 + 4;

3）在某些场景中，必须明确使用 constexpr（只有常量才能初始化 array 容器）

• 代码

#include 
#include 
using namespace std;

constexpr int sqr1(int arg){
    return arg*arg;
}

const int sqr2(int arg){
    return arg*arg;
}

int main()
{
    array mylist1;//可以，因为sqr1时constexpr函数
    array mylist1;//不可以，因为sqr2不是constexpr函数
    return 0;
}

其中，因为 sqr2() 函数的返回值仅有 const 修饰，而没有用更明确的 constexpr 修饰，导致其无法用于初始化 array 容器（只有常量才能初始化 array 容器）。

• 总结
  总的来说在 C++ 11 标准中，const 用于为修饰的变量添加“只读”属性；而 constexpr 关键字则用于指明其后是一个常量（或者常量表达式），编译器在编译程序时可以顺带将其结果计算出来，而无需等到程序运行阶段，这样的优化极大地提高了程序的执行效率。

三、constexpr的限制

举例

四、constexpr的使用举例

举例

1）修饰普通变量 2）修饰函数 3）修饰类的构造函数 4）修饰模板函数