我对 constexpr 函数感到困惑？

Question

在 C++ Primer，第五版，§6.5.2：

constexpr 函数的定义与任何其他函数一样，但必须满足某些限制：每个参数的返回类型和类型必须是文字类型（第 2.4.4 节，第66)，并且函数体必须只包含一个返回语句

但本章中的另一句话（第239页）：

允许 constexpr 函数返回非常量值

// scale(arg) is a constant expression if arg is a constant expression
constexpr size_t scale(size_t cnt) { return new_sz() * cnt; }

这是一个矛盾的总结吗？我对此感到困惑。
scale 的返回类型是字面量类型？
更新： 字面量类型和常量有什么区别？

Answer 1

首先，我相信作者的意思是 constexpr 函数不必产生 constant expression，这是一个可以在编译时计算的表达式。

一个 constexpr 函数只会产生一个 constant 表达式，如果该函数的参数也是 constant 表达式，并且后面的注释正好说明了这一点：

// scale(arg) is a constant expression if arg is a constant expression

以及紧随其后的示例也展示了这种行为：

int arr[scale(2)]; // ok: scale(2) is a constant expression
int i = 2; // i is not a constant expression
int a2[scale(i)]; // error: scale(i) is not a constant expression

在 C++（相对于 C99）中，因为数组大小必须是 常量表达式，所以最后一种情况是错误的，因为 scale 的参数不是一个常量表达式。

这与函数的返回类型是不同的概念，它必须是literal type，它可以是以下任何一种：

• void（c++14 起）（以便 constexpr 函数可以返回 void）
• 标量类型，包括算术类型、枚举类型、指针类型、指向成员类型的指针、std::nullptr_- t 和这些类型的 cv 限定版本）
• 引用类型
• 文字类型的数组
• 具有以下所有属性的类类型：
  • 有一个微不足道的析构函数，
  • 是
    • 聚合类型
    • 一种具有至少一个 constexpr（可能是模板）构造函数的类型，该构造函数不是复制或移动构造函数
  • 所有非静态数据成员和基类都是非易失文字类型。

Answer 2

这并不矛盾。除了强制返回类型必须是“文字类型”外，标准草案还规定对 constexpr 函数的调用不必出现在常量表达式中。来自 C++11 草案标准：

§7.1.5/7 调用 constexpr 函数产生与 在所有方面调用等效的非constexpr 函数 除了对constexpr 函数的调用可以出现在常量中 表达。

Answer 3

constexpr 什么都不做，只是告诉编译器该值在编译时就在那里，因此您可以将其用作模板参数（例如）

int a1 = 5;
std::array<int, a1> arr1; // error, a is variable

const int a2 = 5;
std::array<int, a2> arr2; // OK

int f1() { return 3; }
std::array<int, f1()> arr3; // error, compiler doesn't know it is const 3

constexpr int f2() { return 3; }
std::array<int, f2()> arr4; // OK

以后你也可以：

constexpr int f3() { return f1() + 1; } // error, f1 is not constexpr

constexpr int f4() { return f2() + 1; } // OK
std::array<int, f4()> arr5; // OK

现在关于文字类型限制：函数参数和结果类型应该是文字类型 (Need clarification on definition of literal type)，与模板参数应用的限制完全相同（在编译类型中已知）。

constexpr std::string f5() { return "hello"; } // error, 
                   // std::string is not literal type

constexpr const std::string& f6() { 
  static const std::string s = "hello";
  return s;
}

template<const std::string& s> SomeClass { ... };
SomeClass<f6()> someObject;