c++11总结20——constexpr

1. 概念

c++11引入的关键字，用于编译时获取常量或常量函数的结果。

constexpr修饰普通变量时，变量必须经过初始化且初始值必须是一个常量表达式。

2. 使用与限制

c++11之前的常量表达式不允许包含函数调用或对象构造，如下所示：

int rValue() {
    return 1;
}

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

c++11引入关键字constexpr，允许编程者保证函数或对象的构造函数是编译时常量，代码改写如下：

constexpr int rValue() {
    return 1;
}

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

限制总结如下：

• 函数的返回值不能时void类型；
• 函数体不能声明变量或定义新类型；
• 函数体只能包含声明、null语句或者一条return语句；
• 在形参实参结合后，return语句中的表达式为常量表达式；

为构造用户定义类型的常量表达式，构造函数必须用constexpr声明，函数体仅包含声明或null语句，不能声明变量或定义类型。因此，构造函数的实参值应该是常量表达式，直接初始化类的数据成员。析构函数是平凡的。类型的拷贝构造函数应该也定义为constexpr，以允许constexpr函数返回一个该类型的对象。类型的成员函数都应该是constexpr。

constexpr函数或构造函数的实参值如果不是常量表达式，那么调用行为与结果就不是常量表达式。

3. c++14优化

c++14放松了限制。声明为constexpr的函数可以含有以下内容：

• 任何声明，除了：
  • static或thread_local变量。
  • 没有初始化的变量声明。
• 条件分支语句if和switch。
• 所有的循环语句，包括基于范围的for循环。
• 表达式可以改变一个对象的值，只需该对象的生命期在声明为constexpr的函数内部开始。包括对有constexpr声明的任何非const非静态成员函数的调用。

goto仍然不允许在constexpr函数中出现。

constexpr支持编译期的递归。例如，可以写一个constexpr函数计算斐波那契数列。

此外，C++11指出，所有被声明为constexpr的非静态成员函数也隐含声明为const（即函数不能修改*this的值）。C++14已经删除此点，非静态成员函数可以为非const

4. 示例

// C++98/03
template 
struct Factorial_Cpp03
{
    const static int value = N * Factorial_Cpp03::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;
}

部分参考：https://zh.wikipedia.org/wiki/Constexpr