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【Effective Modern C++】第三章 转向现代C++:15. 尽可能使用constexpr

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张小明

前端开发工程师

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【Effective Modern C++】第三章 转向现代C++:15. 尽可能使用constexpr

constexpr作用于对象时,是加强版的const;但作用于函数时含义截然不同 —— 它并非简单限定 “返回const值” 或 “结果编译期可知”,而是根据调用场景动态适配。

  • constexpr对象:必然具备const只读属性,且必须由编译期可知的值完成初始化(技术上是翻译期,包含编译 + 链接,编程层面可视为编译期)。

  • constexpr函数:不保证返回值是 const,也不保证结果一定编译期可知—— 结果是否编译期确定,完全取决于传入的实参:

    • 若实参是编译期已知的常量 → 结果在编译期计算,可用于 “整型常量表达式” 语境;
    • 若实参是运行期才能确定的值 → 函数退化为普通函数,在运行期计算结果。

编译期可知的常量整型值,可用于 C++ 要求 “整型常量表达式” 的核心语境:数组尺寸、整型模板实参(如std::array的长度)、枚举量的值、对齐修饰符(alignas)等。普通const对象无法满足这些场景(仅保证只读,不保证编译期初始化),因此:

所有constexpr对象都是const对象,但并非所有const对象都是constexpr对象。

constexpr函数的特性与限制:

  1. 适用语境:可同时适配 “编译期常量计算” 和 “运行期普通计算”,无需为两种场景编写不同函数;

  2. 类型限制:仅能接收和返回字面值类型(即编译期可确定值的类型,如内置类型、符合条件的自定义类型);

  3. 实现限制(C++ 版本差异):

    • C++11:函数体仅允许 1 行 return 语句,需用三元运算符替代 if-else、递归替代循环;
    • C++14:限制大幅放宽,支持循环、局部变量、void 返回值,甚至允许修改对象状态的成员函数(如自定义类型的 setter)。

自定义类型对constexpr的支持:

  • C++11:仅构造函数、返回字面值类型的const getter可声明为constexpr(成员函数隐式const);
  • C++14:可将修改对象状态的setter声明为constexpr(void 返回值也允许),能基于编译期对象完成更复杂的编译期计算(如Point类的中点、镜像点计算)。

注意:constexpr是对象 / 函数接口的核心组成部分—— 声明后若随意移除(如函数新增 I/O 语句),依赖它的客户端代码(如用在模板参数、数组大小)会直接编译失败,需长期遵守。

总结

  • constexpr对象都具备const属性,并由编译期已知的值完成初始化。
  • constexpr函数在调用时若传入的实参值是编译器已知的,则会产出编译期结果。
  • 比起非constexpr对象或constexpr函数而言,constexpr对象或是constexpr函数可以用在一个作用域更广的语境中。

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