C++11系列常量表达式constexpr

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转载最新推荐文章于 2026-07-25 15:49:24 发布 462 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

C++11 constexpr和const的区别详解我们知道，constexpr 是 C++ 11 标准新添加的关键字，在此之前（C++ 98/03标准）只有 const 关键字，其在实际使用中经常会表现出两种不同的语义。举个例子： #include <iostream> #include <array> using namespace std; void dis_1(const int x) { //错误，x是只读的变量 array <int,x> myarr{1,2,3,4,5}; cou 阅读详情

转载自：http://towriting.com/blog/2013/09/17/constexpr/

C++11有一些这样的改善，这种改善保证写出的代码比以往任何时候的执行效率都要好。这种改善之一就是生成常量表达式，允许程序利用编译时的计算能力。假如你熟悉模板元编程，你将发现constexpr使这一切变得更加简单。假如你不知道模板元编程，也没什么。constexpr使我们很容易利用上编译时编程的优势。

常量表达式主要是允许一些计算发生在编译时，即发生在代码编译而不是运行的时候。这是很大的优化：假如有些事情可以在编译时做，它将只做一次，而不是每次程序运行时。需要计算一个编译时已知的常量，比如特定值的sine或cosin？确实你亦可以使用库函数sin或cos，但那样你必须花费运行时的开销。使用constexpr，你可以创建一个编译时的函数，它将为你计算出你需要的数值。用户的电脑将不需要做这些工作。

constexpr初探

为了使函数获取编译时计算的能力，你必须指定constexpr关键字到这个函数。

 constexpr int multiply (int x, int y)
{
    return x * y;
}

// 将在编译时计算
const int val = multiply( 10, 10 );

除了编译时计算的性能优化，constexpr的另外一个优势是，它允许函数被应用在以前调用宏的所有场合。例如，你想要一个计算数组size的函数，size是10的倍数。如果不用constexpr，你需要创建一个宏或者使用模板，因为你不能用函数的返回值去声明数组的大小。但是用constexpr，你就可以调用一个constexpr函数去声明一个数组。

 constexpr int getDefaultArraySize (int multiplier) {
        return 10 * multiplier; }

int my_array[ getDefaultArraySize( 3 ) ];

constexpr函数的限制

一个constexpr有一些必须遵循的严格要求：

函数中只能有一个return语句（有极少特例）
只能调用其它constexpr函数
只能使用全局constexpr变量

注意递归并不受限制。但只允许一个返回语句，那如何实现递归呢？可以使用三元运算符（?:)。例如，计算n的阶乘：

 constexpr int factorial (int n)
{
    return n > 0 ? n * factorial( n - 1 ) : 1;
}

现在你可以使用factorial(2)，编译器将在编译时计算这个值，这种方式运行更巧妙的计算，与内联截然不同。你无法内联一个递归函数。

constexpr函数还有那些特点？

一个constexpr函数，只允许包含一行可执行代码。但允许包含typedefs、 using declaration && directives、静态断言等。

constexpr和运行时

一个声明为constexpr的函数同样可以在运行时被调用，当这个函数的参数是非常量的：

 int n;
cin >> n;
factorial( n );

这意味着你不需要分别写运行时和编译时的函数。

编译时使用对象

假如你有一个Circle类：

 class Circle {
    public:         Circle (int x, int y, int radius) : _x( x ), _y( y ), _radius( radius ) {}         double getArea () const
    {
        return _radius * _radius * 3.1415926;
    }     private:             int _x;             int _y;             int _radius; };

你希望在编译期构造一个Circle接着算出他的面积。

 constexpr Circle c( 0, 0, 10 );
constexpr double area = c.getArea();

事实证明你可以给Circle类做一些小的修改以完成这件事。首先，我们需要将构造函数声明为constexpr，接着我们需要将getarea函数声明为constexpr。将构造函数声明为constexpr则运行构造函数在编译期运行，只要这个构造函数的参数为常量，且构造函数仅仅包含成员变量的constexpr构造（所以默认构造可以看成constexpr，只要成员变量都有constexpr构造）。

 class Circle {     public:         constexpr Circle (int x, int y, int radius) : _x( x ), _y( y ), _radius( radius ) {}         constexpr double getArea ()
    {
        return _radius * _radius * 3.1415926;
    }
 private:             int _x;             int _y;             int _radius; };