C++11中的constexpr

有時我們需要在程式編譯時就能得到某個對象或表達式的值，例如定義數組時指定數組大小的值。我們把這種表達式稱為常量表達式。

字面值屬于常亮表達式，用常亮表達式初始化的const對象也是常量表達式。是以我們說一個對象（或表達式）是不是常亮表達式由它的資料類型和初始值共同決定。這裡舉兩個反例：

string i="hello"; //初始值是常量表達式但資料類型不是常量類型

const int j=get_size(); //資料類型是常量類型但初始值不是常量表達式

但是在一個複雜系統中，很難（幾乎肯定不可能）分辨一個初始值到底是不是常量表達式。其次如果要定義一個常量表達式對象，即使我們讓它的資料類型為const的，也不能完全保證這個對象就是常量表達式。

是以迫切需要一種解決此問題的方法。

1、C++11新标準規定，允許将變量聲明為constexpr類型以便由編譯器來驗證變量的值是否是一個常量表達式。聲明為constexpr的變量一定是一個常量，而且必須用常量表達式初始化，否則編譯器将報錯。

constexpr int i=20; //20是常量表達式

constexpr int j=i+1; //i+1是常量表達式

constexpr int k=size(); //當size是個constexpr函數時，才是正确的聲明語句

2、常量表達式的值需要在編譯時就得到計算，是以對聲明constexpr時用到的類型必須有所限制。因為這些類型一般比較簡單，值也顯而易見、容易得到，就把它們稱為“字面值類型”。

目前接觸過的類型中，算數類型、引用和指針和某些類都屬于字面值類型。自定義類、IO庫、string類型則不屬于字面值類型，也就不能被定義成constexpr。

3、盡管指針和引用都能定義成constexpr，但是它們的初始值卻受到嚴格限制。一個constexpr指針必須是nullptr或0，或者是存儲于某個固定位址中的對象。

函數體内定義的變量一般來說并非存放在固定位址中，是以constexpr指針不能指向這樣的變量。定義于所有函數體之外的對象或者局部的靜态變量其位址固定不變，能用來初始化constexpr指針。

4、constexpr聲明中如果定義了一個指針，限定符constexpr僅僅對指針有效，與指針所指的對象無關。constexpr把它所定義的對象置為了頂層const。

const int *p=nullptr; //p是指針常亮

int *const r=nullptr; //r是常亮指針

constexpr int *q=nullptr; //q是常亮指針

5、constexpr函數

5.1、constexpr函數是指能用于常量表達式的函數。定義constexpr函數的方法與其它函數類似，不過要遵守幾項約定：函數的傳回類型及所有形參的類型都是字面值類型，而且函數體中必須有且隻有一條return語句。

constexpr int i(){return 0;}

constexpr int foo=i();

5.2、當把constexpr函數用于初始化操作時，編譯器把對constexpr函數的調用替換成其結果值。為了能在編譯過程中随時展開，constexpr函數被隐式地指定為内聯函數，是以可以在程式中多次定義，且多次定義必須完全一緻，故常定義在頭檔案中。

5.3、constexpr函數體内也可以包含其他語句，隻要這些語句在運作時不執行任何操作即可。例如空語句、類型别名以及using聲明。

5.4、允許constexpr函數傳回非常量值，有時它的傳回值可以依賴于函數實參，即實參是常量表達式時，傳回值也是常量表達式；反之，當實參不是常量表達式時，其傳回值也就不是常量表達式。

雖然constexpr函數允許傳回非常量表達式的值，但是當把該函數用在需要常量表達式的上下文中時，編譯器會檢查函數結果是否符合要求，若不符合将提示錯誤。

6、字面值常量類中的constexpr構造函數

參見——構造函數第六部分

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