c++11總結20——constexpr

1. 概念

c++11引入的關鍵字，用于編譯時擷取常量或常量函數的結果。

constexpr修飾普通變量時，變量必須經過初始化且初始值必須是一個常量表達式。

2. 使用與限制

c++11之前的常量表達式不允許包含函數調用或對象構造，如下所示：

int rValue() {
    return 1;
}

int m_iValue[rValue() + 2];  //c++03中error
           

c++11引入關鍵字constexpr，允許程式設計者保證函數或對象的構造函數是編譯時常量，代碼改寫如下：

constexpr int rValue() {
    return 1;
}

int m_iValue[rValue() + 2];  //c++11 ok
           

限制總結如下：

• 函數的傳回值不能時void類型；
• 函數體不能聲明變量或定義新類型；
• 函數體隻能包含聲明、null語句或者一條return語句；
• 在形參實參結合後，return語句中的表達式為常量表達式；

為構造使用者定義類型的常量表達式，構造函數必須用constexpr聲明，函數體僅包含聲明或null語句，不能聲明變量或定義類型。是以，構造函數的實參值應該是常量表達式，直接初始化類的資料成員。析構函數是平凡的。類型的拷貝構造函數應該也定義為constexpr，以允許constexpr函數傳回一個該類型的對象。類型的成員函數都應該是constexpr。

constexpr函數或構造函數的實參值如果不是常量表達式，那麼調用行為與結果就不是常量表達式。

3. c++14優化

c++14放松了限制。聲明為constexpr的函數可以含有以下内容：

• 任何聲明，除了：

  • static

    或

    thread_local

    變量。
  • 沒有初始化的變量聲明。
• 條件分支語句

  if

  和

  switch

  。
• 所有的循環語句，包括基于範圍的

  for

  循環。
• 表達式可以改變一個對象的值，隻需該對象的生命期在聲明為constexpr的函數内部開始。包括對有

  constexpr

  聲明的任何非

  const

  非靜态成員函數的調用。

goto仍然不允許在constexpr函數中出現。

constexpr支援編譯期的遞歸。例如，可以寫一個constexpr函數計算斐波那契數列。

此外，C++11指出，所有被聲明為constexpr的非靜态成員函數也隐含聲明為const（即函數不能修改*this的值）。C++14已經删除此點，非靜态成員函數可以為非const

4. 示例

// C++98/03
template <int N>
struct Factorial_Cpp03
{
    const static int value = N * Factorial_Cpp03<N - 1>::value;
};
template <>
struct Factorial_Cpp03<0>
{
    const static int value = 1;
};

// C++11
constexpr int factorial_Cpp11(int n)
{
    return n == 0 ? 1 : n * factorial_Cpp11(n - 1);
}

// C++14
constexpr int factorial_Cpp14(int n)
{
    int result = 1;
    for (int i = 1; i <= n; ++i)
        result *= i;
    return result;
}

int main()
{
    static_assert(Factorial_Cpp03<3>::value == 6, "error");
    static_assert(factorial_Cpp11(3) == 6, "error");
    static_assert(factorial_Cpp14(3) == 6, "error");
    return 0;
}
           

部分參考：https://zh.wikipedia.org/wiki/Constexpr