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news 2025/8/7 22:14:32

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constexpr 是 C++11 引入的一个关键字，它允许在编译时计算表达式的值，并将这些值存储在程序的常量部分中。这意味着 constexpr 变量和函数可以在编译时进行求值，从而避免了运行时的开销。

constexpr变量

constexpr 变量必须在编译时初始化，并且其值在程序的整个生命周期中都是常量。它们通常用于定义那些可以在编译时确定的常量值。

constexpr int x = 10;  // 正确  
constexpr int y = x + 5;  // 正确，因为 x 是一个 constexpr  int z = 15;  
constexpr int w = z;  // 错误，因为 z 不是一个 constexpr

constexpr函数

constexpr 函数是那些可以在编译时评估的函数。这些函数必须满足以下条件：

返回值类型必须是字面值类型（如整数、浮点数、枚举、指向字面值类型的指针或字面值类型的聚合体）。
函数体必须只包含一条单一的 return 语句（在 C++14 中，这个限制被放宽了）。

函数内部不能有复杂的控制流（如循环、分支）。

constexpr int factorial(int n) {  return n <= 1 ? 1 : n * factorial(n - 1);  // 注意：虽然这里有一个递归调用，但它是在编译时展开的（对于较小的 n 值）  
}  constexpr int fiveFactorial = factorial(5);  // 编译时计算，值为 120

constexpr在模板中的应用

constexpr 在模板编程中特别有用，因为它允许在编译时计算模板参数的值。这可以用于实现诸如固定大小数组或优化等功能。

以下是基于c++11给出的代码示例：

//---constexpr (const)
//表达“常量”语义用 constexpr	表达“只读”语义用 const
template<class T>
constexpr T func(T t)
{return t;
}//根据传入的t来确定constexpr是否有效，有无效均不影响调用
class Base {
public:constexpr Base(int a):a(a){}int a;
};
constexpr int func()
{constexpr int a = 10;constexpr int b = 20;constexpr int c = a + b;return c + a * b;
}//constexpr修饰的函数为 常量表达式函数
//函数体内部只能存在常量表达式以及using指令、typedef语句、static_assert断言、return语句
int main()
{constexpr Base ba(10);constexpr int ret = ba.a;return 0;
}

c++14和c++17对constexpr的改进

在 C++14 中，constexpr 函数的限制被放宽，允许函数体内有多个语句和更复杂的控制流。
C++17 进一步扩展了 constexpr 的使用，允许在 constexpr 函数中使用 if、switch、for、while 和 do-while 等控制流语句，以及更复杂的表达式。