[C++读书笔记]常量表达式constexpr

本文主要是介绍[C++读书笔记]常量表达式constexpr，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

常量表达式

概念：

常量表达式是指值不会改变并且在编译过程就能得到计算结果的表达式

const int max_files = 20;			//是常量表达式
const int limit = max_files + 1;	//是常量表达式
int staff_size = 27;				//不是常量表达式
const int sz = get_size();			//不是常量表达式

解释：

对于staff_size，虽然他的初始值是字面值常量，但是他只是普通的int，而非const int，所以并不属于常量表达式

对于sz，虽然他是const int，但是除非get_size()函数不是一个常量表达式，否则他需要在运行过程中才能确定值，所以不属于常量表达式

！但是实际场景中，我们很难分辨一个初始值是不是常量表达式，那么又该怎么办呢？！

constexpr变量

概念：

这个变量是C++11引入的关键字，其作用是允许将变量（或函数）声明为constexpr类型以便让编译器来检查这是不是一个常量表达式（这就是最主要的作用），如果不满足则报错。

constexpr int mf = 20;				//是常量表达式
constexpr int limit = mf + 1;		//是常量表达式
constexpr int sz = size();			//只有当size是一个constexpr函数时才不会报错int tmp = 10;
constexpr int val = tmp + 1;		//不是常量表达式，报错const int tmp = 10;
constexpr int val = tmp + 1;		//是常量表达式

constexpr引用和指针

constexpr改变的是顶层const的属性（给变量添加了顶层const），而非底层const。

指针

在g++和vs下做了如下测试：

const int constval = 0;			//全局变量
int noconstval = 0;				//全局变量int main()
{constexpr int const* p = &constval;//constexpr int *p = &constval;			//报错//*p = 10;								//不可修改，报错constexpr int* q = &noconstval;*q = 10;								//可修改return 0;
}

constexpr int *p = &constval;报错是因为p是顶层const，而constval是底层const，所以赋值失败。

*p = 10;报错是因为加了const后的p同时具有了顶层和底层const的属性，而底层const不能修改其指向变量的值。

引用：

引用与指针一样，也会有顶层const和底层const的限制

g++

static const int myStatic=42;
constexpr int const& myConstexprRef=myStatic;		//编译通过，但是不可修改myConstexprRef的值static int myStatic=42;
constexpr int& myConstexprRef=myStatic;				//编译通过

vs

static const int myStatic=42;
constexpr int const& myConstexprRef=myStatic;		//编译通过，但是不可修改myConstexprRef的值static int myStatic=42;
constexpr int& myConstexprRef=myStatic;				//编译通过

constexpr 引用和指针相似，并不保证它引用的对象是不可修改的；它只保证在引用创建时，所引用的对象是一个常量表达式。如果你能够编译并运行修改 myStatic 的代码，那么 myStatic 的值是可以被修改的，即使它通过一个 constexpr 引用被引用。

其实这种做法本质上是不合法的，因为引用的目的就是让这两个值绑定，而constexpr的目的是让值在程序于编译期间就确定值，然后运行期间持续用该值，不应产生改变。但是由于被绑定对象没有声明const或constexpr，从而导致了该值可以被修改。这种代码在严格遵循C++标准的编译器上是不能运行的，但是一些编译器出于多种目的，会允许这种做法。

总结：

被constexpr修饰的变量本身是不能修改的，但是它指向/引用的非const/非constexpr对象则可以被修改
所以如果你不想指向/引用的对象可以被修改，要么给该对象加上const，要么给该对象加上constexpr

constexpr函数

概念：

constexpr函数是指能用于常量表达式的函数。需要遵循几项约定：

1. 返回类型和所有形参类型都要是字面值类型
2. 只能有一条return语句

以下2个函数都是constexpr函数

constexpr int new_sz()
{return 0;
}
//对其的调用
constexpr int ret = new_sz();	  //常量表达式constexpr size_t scale(size_t cnt)//当cnt是常量表达式时，scale(cnt)才是常量表达式
{return new_sz()*cnt;
}
//对其的调用
constexpr int ret = scale(1);	 //常量表达式

当一个函数被声明为constexpr时，它就会被隐式地指定为内联函数。

切记：constexpr函数不一定返回常量表达式！如：

int i = 10；
int ret = scale(i);						//返回的不是常量表达式
//constexpr int ret = scale(i);			//不能用constexpr接收，会报错constexpr int ret = scale(10);	

为何要使用constexpr

1. 编译时求值：

   在编译时进行求值，避免了运行时的计算开销，提高了程序的性能和效率

2. 宏替代：

   使用constexpr可以取代宏，避免了宏带来的一些问题，如类型安全和可读性

   /*示例1*/
   #define PI 3.14159
   constexpr double PI = 3.14159;/*示例2*/
   #define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
   constexpr int max(int a, int b) 
   {  return (a > b) ? a : b;  
   }  
   constexpr int MAX_VALUE = max(10, 20);
   

3. 模板元编程

   使用constexpr代替宏，对于模板元编程来说提供了更加清晰的语法和更强的类型检查

   /*示例3*/
   template<int N>  
   struct Factorial {  static const int value = N * Factorial<N - 1>::value;  
   };  template<>  
   struct Factorial<0> {  static const int value = 1;  
   };  #define FACTORIAL_5 Factorial<5>::value
   //-------------------------------------------------//
   template<int N>  
   constexpr int factorial() {  return N * factorial<N - 1>();  
   }  template<>  
   constexpr int factorial<0>() {  return 1;  
   }  constexpr int FACTORIAL_5 = factorial<5>();
   

参考文献：
《C++Primer中文第5版》

这篇关于[C++读书笔记]常量表达式constexpr的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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