C++的constexpr

2023-07-30 15:54:27 浏览数 (2)

constexpr是C 11引入的关键字,用于定义在编译时求值的常量表达式。它可以修饰函数、对象和模板参数,并要求其在编译时就能够得到计算结果。

使用constexpr有以下几个好处:

  1. 编译时求值:constexpr可以在编译时进行求值,避免了运行时的计算开销,提高程序的性能和效率。
  2. 常量折叠:当使用constexpr定义多个常量并进行计算时,编译器会尝试在编译时将它们合并为一个常量,以进一步优化代码。
  3. 宏替代:使用constexpr可以取代宏,在编译时执行计算和逻辑操作,避免了宏带来的一些问题(如类型安全性和可读性)。

需要注意的是,constexpr要求表达式在编译时能够被求值,因此有一些限制条件:

  • 表达式必须是编译时常量,不能依赖于运行时数据。
  • 函数体内只能包含一些简单的逻辑和控制结构,不能有运行时副作用。

①声明变量

变量value被声明为constexpr,它被编译器视为一个常量表达式,可以在编译时进行求值。

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constexpr int value = 42;

②声明函数

通过在函数声明中使用constexpr关键字,可以指示编译器在编译时对函数进行求值,并在需要时将其结果作为常量使用。

示例:

代码语言:javascript复制
constexpr int factorial(int n) {
    return (n == 0) ? 1 : (n * factorial(n - 1));
}

constexpr int result = factorial(5); // 在编译时就能得到结果,result的值为120

③声明对象

constexpr还可以用于声明对象,这样的对象在编译时就被视为常量。它们必须满足以下要求:

  • 类型本身是字面值类型,或者是具有字面值类型成员且所有成员都是constexpr的。
  • 构造函数必须是constexpr的,用于在编译时初始化对象。

示例:

代码语言:javascript复制
struct Point {
    int x;
    int y;
    constexpr Point(int a, int b) : x(a), y(b) {}
};

constexpr Point p(3, 4); // 在编译时初始化对象p,其成员x为3,y为4

④用于模板参数

在C 14中,constexpr可以用于模板参数,以允许在编译时进行模板实例化。这样可以提供更灵活的模板编程功能。

代码语言:javascript复制
template <int N>
constexpr int getFactorial() {
    return (N == 0) ? 1 : (N * getFactorial<N - 1>());
}

constexpr int result = getFactorial<5>(); // 在编译时计算阶乘,result的值为120

需要注意的是,在C 11中,对于constexpr函数和对象,编译器的要求比较严格,限制了函数的复杂性和对象的初始化方式。但是,随着C 14和C 17的发布,对constexpr的限制逐渐放宽,允许使用更复杂的控制流语句、递归调用和局部变量等,提供了更大的灵活性。

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