'constexpr' 有什么用？

Question

我真的找不到它的任何用途。我的第一个想法是，我可以用它来实现“契约式设计”，而无需使用这样的宏：

struct S
{   
    S(constexpr int i) : S(i) { static_assert( i < 9, "i must be < 9" ); }

    S(int i); //external defintion

    char *pSomeMemory;
};

但这不会编译。我想我们也可以使用它来引用相同的变量，而无需创建额外的内存，当我们想要避免使用 get/setter 以使来自用户的一个成员的实例为只读时：

class S
{  
private:
    int _i;

public:
    const int & constexpr i = _i;
};

但以上都没有实际编译。谁能告诉我为什么要引入这个关键字？

Answer 1

constexpr 的目标取决于上下文：

1. 对于对象，它表示该对象是不可变的，应在编译时构造。除了将操作移动到编译时而不是在运行时执行它们之外，创建constexpr 对象还有一个额外的优势，即它们在创建任何线程之前被初始化。因此，他们的访问永远不需要任何同步。将对象声明为 constexpr 的示例如下所示：

   constexpr T value{args};
   

   显然，要使其工作，args 需要是常量表达式。

2. 对于函数，它表示调用该函数可以产生一个常量表达式。 constexpr 函数调用的结果是否导致常量表达式取决于函数的参数和定义。直接的含义是该函数必须是inline（它将隐含地这样做）。此外，在这样的功能中可以做什么是有限制的。对于 C++11，该函数只能有一个语句，对于非构造函数，该语句必须是 return-statement。这个限制在 C++14 中得到了放松。比如下面是一个constexpr函数的定义：

   constexpr int square(int value) { return value * value; }
   

当创建非内置类型的constexpr 对象时，各个类型将需要constexpr 构造函数：生成的默认构造函数将不起作用。显然，constexpr 构造函数需要初始化所有成员。 constexpr 构造函数可能如下所示：

struct example {
    int value;
    constexpr example(int value): value(value) {}
};

int main() {
    constexpr example size{17};
    int array[size.value] = {};
}

创建的constexpr 值可用于任何需要常量表达式的地方。

Answer 2

这里是 Alex Alllain 在他的“Consexpr - C++11 中的广义常量表达式”中提出的观点摘要，其中详细说明了constexpr 的用处：

• 首先，使用constexpr 说明符，函数或变量的值可以在编译时。
• constexpr 说明符的另一个好处是它可以用函数替换宏
• constexpr 也将有利于您的模板元编程。

有利于效率：

常量表达式...允许在编译时进行某些计算，即在您的代码编译时而不是在程序本身运行时进行。 （阿兰 2）

性能优势：如果某事可以在编译时完成，它将只完成一次，而不是每次程序运行时都完成

其他好处：

然后可以在只允许编译时常量表达式的情况下使用此类变量和函数。对象声明中使用的 constexpr 说明符意味着 const。函数声明中使用的 constexpr 说明符意味着内联。(CPP 1)

constexpr 函数的规则：

1. 它必须由单个 return 语句组成（有一些例外）
2. 只能调用其他 constexpr 函数
3. 它只能引用 constexpr 全局变量 (Allain 6)

constexpr 构造函数规则：

1. 它的每个参数都必须是字面量类型
2. 该类必须没有虚拟基类
3. 构造函数不能有函数尝试块 (CPP 6)

引用

Allain, Alex，“Consexpr - C++11 中的通用常量表达式”，未指定日期，“http://www.cprogramming.com/c++11/c++11-compile-time-processing-with-constexpr.html”

CPP，“Consexpr 说明符”，2014 年 12 月 16 日，http://en.cppreference.com/w/cpp/language/constexpr

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编辑：对不起，让我觉得我是这些观点的作者是我的错，所以我已经更正了自己，更改了各个部分，并添加了引用以避免抄袭。

Answer 3

在我看来，constexpr 是一种将两种 C++ 语言结合在一起的方式——一种在运行时运行，另一种在编译时运行。编译时编程通常称为元编程。

首先是 C 及其宏。宏实际上是编译器运行的小程序。他们有 if 语句（称为#ifdef），变量（#define）。甚至还有一个完整的scripting language 在编译时运行。

当 C++ 出现时，它只有 C 宏，仅此而已。然后是 C++ 模板。这些引入了一种运行编译时代码的不同方式。 C++ 元语言在很大程度上是功能性的，例如，您可以使用 loops with tail recursion。

在 C++ 11 中，他们认为元编程看起来会更好，所以他们引入了constexpr。现在您可以编写也是元函数的 C++ 函数。在 C++ 14 中它变得更好了，因为对 constexpr 函数的限制已经放宽了。

Answer 4

回答“有人可以告诉我为什么要引入 constexpr 关键字吗？”

现代 C++ 支持两种类型的不变性。

1) 常量

2) 常量表达式。

constexper 将在编译时进行评估。它用于指定常量并允许将数据放置在可能损坏的内存中。

示例 1：

void UseConstExpr(int temp)
{
    // This code snippet is OK
    constexpr int y = max + 300;
    std::cout << y << std::endl;
    // This code snippet gives compilation error
    // [ expression must have a constant value]
    constexpr int z = temp + 300;

}

示例 2：

int addVector(const std::vector<int>& inVect)
{
    int sum = 0;
    for ( auto& vec : inVect)
    {
        sum += vec;
    }
    std::cout << sum << std::endl;
    return sum;
}

int main()
{
    // vInt is not constant
    std::vector<int> vInt = { 1,2,3,4,5,6 }; 
    // This code snippet is OK
    // because evaluated at run time
    const int iResult = addVector(vInt);
    // Compiler throws below error
    // function call must have a constant value in a constant expression
    // because addVector(vInt) function is not a constant expression
    constexpr int iResult = addVector(vInt);
    return 0;
}

注意：以上源码是在VS2015上编译的