【一分钟学C++】const和constexpr

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const

  const 在 C++ 中表示常量，但是这里的常量不区分编译时常量和运行时常量，可以理解为 read-only 的语意。一般来说使用 const 是为了防止值被修改：

const int x = 100; // 常量
const int& rx = x; // 常量引用
const int* px = &x;// 常量指针
int* const px = &x;// 指针常量
const int* const px = &x; // 指向常量的指针常量

  const 可以用来修饰变量、引用和指针，修饰指针又区分为常量指针和指针常量。给变量加上 const 之后变量”就成了“常量”，只能读、禁止写，编译器会帮你检查出所有对它的写操作，发出警告，在编译阶段防止有意或者无意的修改。这样一来，const 常量用起来就相对安全一点。所以在设计函数的时候，将参数用 const 修饰的话，一个是可以保证效率，另一个是保证安全，是属于防御编程的一种形式。另外修饰指针时，下面的情况应该是等价的：

• const int * == int const *
• const int * const == int const * const

  除此之外，const 还能声明在成员函数上，const 被放在了函数的后面，表示这个函数是一个“常量”，函数的执行过程是 const 的，不会修改对象的状态（即成员变量）。比如：

class constTest
{
private:
    const int MAX_COUNT = 256; // const成员变量
    int m_memberValue; // 成员变量
public:
    int getValue() const // 用于获取值，不应该改变成员变量的值，所以加上const
    {
        // error: assignment of member constTest::m_memberValue 
        // in read-only object
        m_memberValue = 100;
        return m_memberValue;
    }
};

  经常会遇到一个问题“const 和 volatile 关键字能否作用于同一个变量？”。首先结论是可以的，针对这两个关键字有以下说明：

• const 修饰的变量用于限定程序内不允许修改。
• volatile 用于提示编译器修饰的变量可能会被意外的改变，防止编译器进行优化，强调每次访问修饰的变量时都需要从内存中读取该值。

  例如一个在共享内存上的变量 const volatile int sharedNum = 10;，既不希望程序内部对它进行改变，而该变量又存在被其它程序改变的可能性，这时就需要同时使用 const 和 volatile。

constexpr

  constexpr 是在 C++ 11 被引进的，它的字面意思是 constant expression，常量表达式。它可以作用在变量和函数上。一个 constexpr 变量是一个编译时完全确定的常数。一个 constexpr 函数至少对于某一组实参可以在编译期间产生一个编译期常数。它和 const 区别如下：

• const 不区分编译期常量和运行时常量，仅仅保证修饰变量的只读语意。
• constexpr 修饰变量则表明这个变量在编译期就能计算出确定的值。在 C++ 11 引入 constexpr 后，相当于承担了 const 表示常量的责任，这样 const 就单纯表示只读的语意就好。

  另外当 constexpr 修饰指针类型的时候，它仅仅会添加顶层 const，可以看下面例子：

// 这里如果不考虑编译期还是运行时常量，等价于 char * const msg = "test!"
static constexpr char *msg = "test!";

// 需要手动补上底层 const 限定 msg 指向的对象不允许被修改
static constexpr const char *msg = "test!";

  可以看出 constexpr 修饰指针的时候添加的 const 是顶层 const，也就是这个 const 是作用在指针上，表示指针指向的地址不允许被修改，而可以通过该指针修改指向的值，显然这里修改字符串字面量的值会产生未定义的行为。所以需要像下面这样额外加上一个 const 限定 msg 指向的值不允许被修改。

  还有一种情况是 constexpr 修饰函数：

#include <iostream>
#include <array>
using namespace std;

constexpr int getNum(int i)
{
    return i + 5;
}

int main()
{
    int i = 2;
    std::array<int, getNum(3)> arr; // OK
    getNum(i); // Call is OK
    std::array<int, getNum(i)> arr1; // Error
   
}

  上面代码中，getNum() 返回值被 constexpr 修饰，但是并不保证它的返回值就一定在编译期确定，如果出现在编译期无法确定的情况，constexpr 修饰的函数等同于一个普通函数。例如 main 函数中的 getNum(5) 可以在编译期确定返回值，但是 getNum(i) 无法在编译期确定返回值。getNum(i) 可以正常调用，和普通函数一样，但是不能作为 std::array<int, getNum(i)> 的参数，因为该参数需要编译期常量。
  另外，被 constexpr 修饰的函数具有隐式内联的特点。