C++ constexpr類型說明符分析

關鍵字 constexpr 於 C++11 中引入並於 C++14 中得到改善。它表示常數表達式。與 const 相同，它可應用於變量，因此如果任何代碼試圖修改該值，均將引發編譯器錯誤。與 const 不同，constexpr 也可應用於函數和類構造函數。 constexpr 指示值或返回值是常數，並且如果可能，將在編譯時計算值或返回值。

1 constexpr 變量

const 和 constexpr 變量之間的主要區別在於：const 變量的初始化可以延遲到運行時，而 constexpr 變量必須在編譯時進行初始化。所有 constexpr 變量均為常量，因此必須使用常量表達式初始化。

constexpr float x = 42.0;
constexpr float y{108};
constexpr float z = exp(5, 3);
constexpr int i; // Error! Not initialized
int j = 0;
constexpr int k = j + 1; //Error! j not a constant expression

一般來說，如果你認定變量是一個常量表達式，那就把它聲明成為constexpr類型。

2 constexpr 函數

constexpr 函數是在使用需要它的代碼時，可以在編譯時計算其返回值的函數。當其參數為 constexpr 值並且在編譯時使用代碼需要返回值時（例如，初始化一個 constexpr 變量或提供一個非類型模板參數），它會生成編譯時常量。使用非constexpr 參數調用時，或編譯時不需要其值時，它將與正則函數一樣，在運行時生成一個值。

#include 

using namespace std;

// Pass by value 
constexpr float exp(float x, int n)
{
    return n == 0 ? 1 :
        n % 2 == 0 ? exp(x * x, n / 2) :
        exp(x * x, (n - 1) / 2) * x;
};

// Pass by reference
constexpr float exp2(const float& x, const int& n)
{
    return n == 0 ? 1 :
        n % 2 == 0 ? exp2(x * x, n / 2) :
        exp2(x * x, (n - 1) / 2) * x;
};

// Compile time computation of array length
template
constexpr int length(const T(&ary)[N])
{
    return N;
}

// Recursive constexpr function
constexpr int fac(int n)
{
    return n == 1 ? 1 : n*fac(n - 1);
}

// User-defined type
class Foo
{
public:
    constexpr explicit Foo(int i) : _i(i) {}
    constexpr int GetValue()
    {
        return _i;
    }
private:
    int _i;
};

int main()
{
    // foo is const:
    constexpr Foo foo(5);
    // foo = Foo(6); // Error!

    //Compile time:
    constexpr float x = exp(5, 3);
    // const float a = 2.0;
    // const int  b  = 2;
    // constexpr float xx = exp2(a, b); // Error!
    constexpr float xx = exp2(2.0, 2);
    constexpr float y{ exp(2, 5) };
    constexpr int val = foo.GetValue();
    constexpr int f5 = fac(5);
    const int nums[]{ 1, 2, 3, 4 };
    const int nums2[length(nums) * 2]{ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 };

    cout << "The value of foo is " << foo.GetValue() << endl;

}

const int *p     = 0; // non-const pointer, const data
constexpr int *q = 0; // const pointer, non-const data

int j = 0;
constexpr int i = 2;
constexpr const int *p = &i; // const pointer, const data
constexpr int *p1 = &j; // const pointer, non-const data