constexpr 是 C++11 引入的关键字-EW帮帮网

constexpr 是 C++11 引入的关键字，用于在编译期进行常量表达式计算，从而提高程序性能和安全性。以下是其核心作用和用法：

一.作用

1编译期
计算 constexpr 变量或函数的值在编译时确定，避免运行时计算开销。例如，数组大小、模板参数等需要在编译期确定的场景。

2 类型安全
相比宏（#define），constexpr 提供类型检查，避免宏替换带来的潜在错误。

3代码优化
编译器可以在编译期优化 constexpr 相关的计算，减少运行时负担。

4支持模板元编程
constexpr 函数可用于生成编译时常量，简化模板元编程逻辑。

二. 用法

1. 定义常量表达式变量

constexpr int MAX_SIZE = 100;  // 编译时常量
int arr[MAX_SIZE];             // 合法，MAX_SIZE 在编译期已知

2. 定义常量表达式函数

要求：函数体只能包含返回语句或静态断言，参数和返回值必须是字面类型（如基本类型、枚举、指针等）。

constexpr int square(int x) {
    return x * x;
}
 
int main() {
    constexpr int val = square(10);  // 编译期计算，val = 100
    int arr[val];                   // 合法
}

3. 定义常量表达式构造函数（C++11 起）

要求：构造函数体只能包含简单的初始化逻辑。

struct Point {
    int x, y;
    constexpr Point(int x, int y) : x(x), y(y) {}
};
constexpr Point p(1, 2);  // p 在编译期构造

4. C++14 及更高版本的扩展

更复杂的逻辑：constexpr 函数可以包含局部变量、循环、条件语句等。

constexpr int factorial(int n) {
    int result = 1;
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
        result *= i;
    }
    return result;
}
 
constexpr int fact_5 = factorial(5);  // 编译期计算，fact_5 = 120

5. 用于模板参数

template <int N>
void printArraySize() {
    std::cout << "Array size: " << N << std::endl;
}
 
constexpr int size = 10;
printArraySize<size>();  // 输出：Array size: 10

注意事项

constexpr 变量必须初始化
	且初始值必须是常量表达式。
constexpr 函数的参数和返回值必须是字面类型
	不能是动态分配的对象或包含运行时行为的类型。
与 const 的区别
	const：仅表示值不可修改，但可以在运行时初始化。
	constexpr：要求值必须在编译期确定，且必须是常量表达式。

总结
constexpr 是 C++ 中用于编译期计算的关键特性，适用于需要编译期常量的场景（如数组大小、模板参数等）。通过合理使用 constexpr，可以提高程序性能、增强类型安全，并简化模板元编程逻辑。

三.const 与constexpr 区别

const
表示“不可修改”，适用于运行时逻辑，防止意外修改对象或变量。
constexpr
表示“编译期常量”，适用于需要编译期优化的场景（如数组大小、模板参数），要求值必须在编译期确定。

1. 初始化时间

const
const 变量可以在运行时初始化，其值在初始化后不可修改。例如：
int main() {
    const int x = getInput();  // 运行时初始化（合法）
    x = 10;                   // 错误：const 变量不可修改
}

constexpr
constexpr 变量必须在编译期初始化，其值必须是常量表达式。例如：

constexpr int y = 10;  // 编译期初始化（合法）
constexpr int z = getInput();  // 错误：getInput() 不是编译期常量

2. 函数和变量

const 函数
const 用于成员函数，表示函数不会修改对象的状态：

class MyClass {
public:
    int getValue() const { return value_; }  // 不会修改对象
private:
    int value_;
};

constexpr 函数
constexpr 函数必须在编译期可计算，且其返回值是常量表达式：

constexpr int square(int x) { return x * x; }
 
int main() {
    constexpr int val = square(5);  // 编译期计算（合法）
}

3. 构造函数

const 对象
const 对象必须在初始化时赋值，且不能修改：

const int a = 10;  // 合法
a = 20;            // 错误：const 对象不可修改

constexpr 构造函数
constexpr 构造函数用于构造编译期常量对象，其初始化列表和函数体必须满足 constexpr 
struct Point {
    int x, y;
    constexpr Point(int x, int y) : x(x), y(y) {}
};
 
constexpr Point p(1, 2);  // p 在编译期构造

4. 使用场景

const
适用于需要防止意外修改的场景，例如：

函数参数（防止修改）：

void print(const std::string& str) { /* ... */ }

成员变量（防止修改）：

class MyClass {
public:
    const int id_;  // 初始化后不可修改
    MyClass(int id) : id_(id) {}
};

constexpr
适用于需要编译期常量的场景，例如：

数组大小：

constexpr int SIZE = 100;
int arr[SIZE];  // 合法，SIZE 在编译期已知

模板参数：

template <int N>
void printArraySize() {
    std::cout << "Array size: " << N << std::endl;
}
 
constexpr int size = 10;
printArraySize<size>();  // 输出：Array size: 10

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