constexpr 与 const：爱恨情仇

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本文详细介绍了C++中的constexpr关键字及其与const的区别。constexpr允许在编译时计算常量表达式，提升了程序效率。它可应用于常量表达式函数、类构造函数和模板函数。而const主要赋予变量只读属性，两者在常量定义和行为上有显著不同。理解并恰当使用它们能优化代码性能。

常量表达式相关概念

定义： 由一个或多个常量组成的表达式，常量表达式的值一旦确定将无法修改。
计算时机： 对比与非常量表达式在运行阶段计算结果，常量表达式将在编译阶段进行结果的计算即无需每次程序运行都需要计算一次，提高了程序执行效率。
应用场景： 匿名枚举、switch-case 结构中 case 表达式等

C++11：constexpr

作用： 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（但不一定就是在编译阶段被执行，计算的时机还是得看编译器），可修饰普通变量、函数(包括模板函数)及类的构造函数。

修饰普通函数

constexpr 修饰函数时，函数被称为 常量表达式函数 ,但不可修饰带 virtual 的成员方法，需要满足一下情况：

函数体中，除了可以包含 using 指令、typedef 指令以及 static_assert 断言外，只能含有一条 return 语句。
该函数必须有返回值，即函数的返回值类型不能为 void，因为这样的话就不能通过该函数获取一个常量
在使用时，普通函数提供相应声明然后定义于调用位置之后；而 constexpr 修饰的常量表达式函数必须在调用前有相应的定义
常量表达式函数 return 返回的表达式必须是常量表达式

修饰类的构造函数

对于 constexpr 直接修饰自定义类型，编译器将抛出异常。如果需要定义一个可产生常量的类型时，需要添加一个常量构造函数。

#include <iostream>
using namespace std;

//自定义类型的定义
struct myType {
    constexpr myType(char *name,int age):name(name),age(age){};
    const char* name;
    int age;
    //其它结构体成员
};

int main()
{
    constexpr struct myType mt { "zhangsan", 10 };
    cout << mt.name << " " << mt.age << endl;
    return 0;
}

注意： 当 constexpr 修饰类的构造函数时，需要采用初始化列表的方法为每个成员赋值(常量表达式赋值后将无法改变，如若不这样，将采取默认初始化方案，则不会是想要的值)

修饰模板函数

由于模板中类型的不确定性，因此模板函数实例后的函数是否符合常量表达式函数也是不确定的。如果被 constexpr 修饰的模板函数实例化结果不满足常量表达式函数(即上文所说的4点要求)的要求，则 constexpr 将被自动忽略即等同一个普通函数。

C++ 98/03：const

const 在使用时通常有两种不同的语义：只读以及常量，如下：

/**
* 此处的 x 表示为一只读的变量，本质上是一个变量
* 所以编译出错
*/
void test1(const int x)
{
	char a[x] = '1';
}
/**
* 此处的 x 表示为一只读的变量的同时还是一个值为1的常量
* 可以用来初始化数组
* 这种情况也可以使用 constexpr
*/
void test2()
{
	const int x = 1;
	char a[x] = '1';
}

const 的只读属性，即无法通过变量自身去修改值，但不意味着不能借助其他变量间接修改，如下：

int a = 10;
const int& b = a;
a = 20;
cout << b << endl;

result:
20

修饰函数时：

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

char a[sqr2(10)] = 0;//error, 只读变量

结论

const 用于修饰的变量添加“只读”属性，而 constexpr 则指明其后是一个常量或常量表达式。
当 const 为常量属性时可以与 constexpr 混用，不过建议还是将const的两个语义分开，只读就用 const ，常量就用 constexpr
都能带来在编译期获得计算结果的能力，提高程序效率