c++11 constexpr关键字

constexpr 是 C++11 引入的一个关键字，它允许在编译时计算表达式的值，并将这些值存储在程序的常量部分中。这意味着 constexpr 变量和函数可以在编译时进行求值，从而避免了运行时的开销。

constexpr变量

constexpr 变量必须在编译时初始化，并且其值在程序的整个生命周期中都是常量。它们通常用于定义那些可以在编译时确定的常量值。

constexpr int x = 10;  // 正确  
constexpr int y = x + 5;  // 正确，因为 x 是一个 constexpr  
  
int z = 15;  
constexpr int w = z;  // 错误，因为 z 不是一个 constexpr

constexpr函数

constexpr 函数是那些可以在编译时评估的函数。这些函数必须满足以下条件：

1. 返回值类型必须是字面值类型（如整数、浮点数、枚举、指向字面值类型的指针或字面值类型的聚合体）。
2. 函数体必须只包含一条单一的 return 语句（在 C++14 中，这个限制被放宽了）。
3. 函数内部不能有复杂的控制流（如循环、分支）。

   constexpr int factorial(int n) {  
       return n <= 1 ? 1 : n * factorial(n - 1);  
       // 注意：虽然这里有一个递归调用，但它是在编译时展开的（对于较小的 n 值）  
   }  
     
   constexpr int fiveFactorial = factorial(5);  // 编译时计算，值为 120

constexpr在模板中的应用 

constexpr 在模板编程中特别有用，因为它允许在编译时计算模板参数的值。这可以用于实现诸如固定大小数组或优化等功能。

以下是基于c++11给出的代码示例：

//---constexpr (const)
//表达“常量”语义用 constexpr	表达“只读”语义用 const
template<class T>
constexpr T func(T t)
{
	return t;
}//根据传入的t来确定constexpr是否有效，有无效均不影响调用
class Base {
public:
	constexpr Base(int a):a(a){}
	int a;
};
constexpr int func()
{
	constexpr int a = 10;
	constexpr int b = 20;
	constexpr int c = a + b;
	return c + a * b;
}//constexpr修饰的函数为 常量表达式函数
//函数体内部只能存在常量表达式以及using指令、typedef语句、static_assert断言、return语句
int main()
{
	constexpr Base ba(10);
	constexpr int ret = ba.a;
	return 0;
}

c++14和c++17对constexpr的改进

• 在 C++14 中，constexpr 函数的限制被放宽，允许函数体内有多个语句和更复杂的控制流。
• C++17 进一步扩展了 constexpr 的使用，允许在 constexpr 函数中使用 if、switch、for、while 和 do-while 等控制流语句，以及更复杂的表达式。

注意事项：

• 不是所有的编译器都支持 C++11、C++14 或 C++17 中的所有 constexpr 功能。
• 在使用 constexpr 时，要注意避免产生无限递归或编译时无法确定的表达式。
• constexpr 变量和函数主要用于性能优化和类型安全，但它们也可能使代码更难理解和维护。因此，在使用时应权衡其优缺点。