C++11中的关键字constexpr

news2024/11/16 3:13:00

文章目录

1、constexpr修饰普通变量
2、constexpr修饰函数
3、constexpr修饰类的构造函数

constexpr 关键字的功能是使指定的常量表达式获得在程序编译阶段计算出结果的能力，而不必等到程序运行阶段。C++ 11 标准中，constexpr 可用于修饰普通变量、函数（包括模板函数）以及类的构造函数。

1、constexpr修饰普通变量

C++11 标准中，定义变量时可以用 constexpr 修饰，从而使该变量获得在编译阶段即可计算出结果的能力。

值得一提的是，使用 constexpr 修改普通变量时，变量必须经过初始化且初始值必须是一个常量表达式。举个例子：

#include <iostream>
int main()
{
	constexpr int num = 1 + 2 + 3;
	int url[num] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
	std::cout << url[1] << std::endl;
	return 0;
}

执行结果：

在这里插入图片描述

大家可以可尝试将 constexpr 删除，此时编译器会提示出错

在这里插入图片描述

可以看到，程序第 5 行使用 constexpr 修饰 num 变量，同时将 “1+2+3” 这个常量表达式赋值给 num。由此，编译器就可以在编译时期对 num 这个表达式进行计算，因为 num 可以作为定义数组时的长度。

大家可以将此示例程序中的 constexpr 用 const 关键字替换也可以正常执行，这是因为 num 的定义同时满足“num 是 const 常量且使用常量表达式为其初始化”这 2 个条件，由此编译器会认定 num 是一个常量表达式。

2、constexpr修饰函数

constexpr 还可以用于修饰函数，这样的函数又称为“常量表达式函数”。

但不是任意的函数都能被constexpr修饰，比如有以下限制：

①函数体内只能包含 using 指令、typedef 语句、static_assert 断言、空语句和一条 return 返回语句

例如：

constexpr int display(int x) 
{
	int ret = 1 + 2 + x;
	return ret;
}

这个函数是不能编译通过的，因为它包含了除了上述语句的其他语句：定义了一个int类型的变量。

如下是正确的定义 display() 常量表达式函数的写法：

constexpr int display(int x) 
{
    //可以添加 using 执行、typedef 语句以及 static_assert 断言
    return 1 + 2 + x;
}

②函数必须有返回值，即函数的返回值类型不能是 void

例如：

constexpr void display() 
{
    //函数体
}

像上面这样定义的返回值类型为 void 的函数，不属于常量表达式函数。原因很简单，因为通过类似的函数根本无法获得一个常量。

③函数在使用之前，必须有对应的定义语句。我们知道，函数的使用分为“声明”和“定义”两部分，普通的函数调用只需要提前写好该函数的声明部分即可（函数的定义部分可以放在调用位置之后甚至其它文件中），但常量表达式函数在使用前，必须要有该函数的定义。

例如：

#include <iostream>
using namespace std;
//普通函数的声明
int noconst_dis(int x);
//常量表达式函数的声明
constexpr int display(int x);
//常量表达式函数的定义
constexpr int display(int x)
{
    return 1 + 2 + x;
}
int main()
{
    //调用常量表达式函数
    int a[display(3)] = { 1,2,3,4 };
    cout << a[2] << endl;
    //调用普通函数
    cout << noconst_dis(3) << endl;
    return 0;
}
//普通函数的定义
int noconst_dis(int x) 
{
    return 1 + 2 + x;
}

执行结果：

在这里插入图片描述

如果将 display() 常量表达式函数的定义调整到 main() 函数之后，编译器就会报以下错误：

在这里插入图片描述

可以看到，普通函数在调用时，只需要保证调用位置之前有相应的声明即可；而常量表达式函数则不同，调用位置之前必须要有该函数的定义，否则会导致程序编译失败。

④return 返回的表达式必须是常量表达式

#include <iostream>
using namespace std;
int num = 3;
constexpr int display(int x) 
{
	return num + x;
}
int main()
{
	//调用常量表达式函数
	int a[display(3)] = { 1,2,3,4 };
	return 0;
}

该程序编译时会产生以下错误：

在这里插入图片描述

常量表达式函数的返回值必须是常量表达式的原因很简单，如果想在程序编译阶段获得某个函数返回的常量，则该函数的 return 语句中就不能包含程序运行阶段才能确定值的变量。
注意，在常量表达式函数的 return 语句中，不能包含赋值的操作（例如 return x=1 在常量表达式函数中不允许的）。

⑤constexpr修饰函数，函数的参数和返回值类型必须是内置类型

3、constexpr修饰类的构造函数

对于 C++ 内置类型的数据，可以直接用 constexpr 修饰，但如果是自定义的数据类型（用 struct 或者 class 实现），直接用 constexpr 修饰是不行的

例如：

#include <iostream>
using namespace std;
//自定义类型的定义
constexpr struct myType 
{
    const char* name;
    int age;
    //其它结构体成员
};
int main()
{
    constexpr struct myType mt { "zhangsan", 10 };
    cout << mt.name << " " << mt.age << endl;
    return 0;
}
//此程序是无法通过编译的，编译器会抛出“constexpr不能修饰自定义类型”的异常。

//当我们想自定义一个可产生常量的类型时，正确的做法是在该类型的内部添加一个常量构造函数。例如，修改上面的错误示例如下：
#include <iostream>
using namespace std;
//自定义类型的定义
struct myType 
{
    constexpr myType(const char *name,int age):name(name),age(age){};
    const char* name;
    int age;
    //其它结构体成员
};
int main()
{
    constexpr struct myType mt { "zhangsan", 10 };
    cout << mt.name << " " << mt.age << endl;
    return 0;
}