#define、const、constexpr

const 、#define、constexpr

• #define

  define是C语言中的宏，拿来进行文本替换。如，#define number 100,在程序的预处理阶段，会将程序中，所有出现number的地方，使用100来进行替换。

  缺点：这个是在预处理阶段就完成的文本替换，与编译阶段是不同阶段，不会进行类型检查。

• const
  i. 编译时的值替代 --- const限定的变量，在编译阶段，编译器会进行常量折叠的一些优化操作。所谓常量折叠，就是化简常量表达式，即当遇到const限定的变量时，会用相应的值进行替换，使其变为一个立即数。当然，不是所有情况都能进行常量折叠，如对常量进行取地址操作。
  eg:

  int main(){
    const int a = 2;
    int *ptr = const_cast<int *>(&a);//改变常量属性
    *ptr = 5;
    printf("a = %d\n" ,a);//此处进行常量折叠
    printf("&a = %x\n", &a);
    printf("*ptr = %d\n",*ptr);
    printf("ptr = %x\n",ptr);
    printf("a = %d\n" ,a);////此处进行常量折叠
    printf("&a = %x\n", &a);
  
    return 0;
  }
  

  运行结果：
  
  分析：
  按&a,ptr,&a顺序输出的地址都不变，即说明处理的一直都是常量区的那块内存。当强行改变常量属性，对内存进行写操作时，再次输出常量 a 的值，还是原来的 2 ,而不是 3 ,此处说明，这里已经是被编译器优化了，编译期进行了值替代。

  与volatile一起使用时，编译器不会做常量折叠等优化
  volatile不允许编译器对数据做出假定，必须要重重读数据，而不是进行优化
  eg:
  int main(){
    volatile const int a = 1;
    printf("change before: %d", a);
    int *ptr = const_cast<int*>(&a);
    *ptr = 4;
    printf("change after: %d", a);
  
    return 0;
  }
  
  

  运行结果
  
  ii. 运行时常量 -- 如果能确定一个变量，在其生存期之间，一直保持值不变，也可以用const来限定。
  eg:

  int main(){
    const int a = cin.get();//get()取单个字符
    cout <<a;
  
    return 0;
  }
  

  运行结果：
  
  分析：
  说明可以是运行时的const变量
  iii. const可以用来限定集合，如数组。编译器在编译阶段，不能把集合放在它的符号表中,而是必须分配内存，表明“不能改变的一块存储”。在编译时期，集合中的值，是不可使用的。
  （所谓分配内存，是指静态分配空间，是指在编译时期，就可以计算出其大小的，将这些信息写到可执行文件一些区，在执行时，不必执行额外的代码来为其分配内存，而是程序直接将这些数据，与物理地址建立映射关系。如，静态变量与全局变量）
  eg:

  int main(){
    const int array[3]={0,1,2};
    float temp[array[0]];//此种行为编译器会报错
    //因为array数组中的值在编译时不能使用，是运行时的存储值
  }
  

  Tips:
  C++中const与C中的const的区别：
  const默认内部连接，作用域仅在本文件，而C中，默认外部连接。

• constexpr
  constexpr是C++11提出的，目的是让编译器在编译时期判断表达式是否是常量表达式，若是，则可以在编译时就进行一些优化工作，提高效率。如常量折叠等；若不是，即报错。
  i. constexpr修饰变量

  constexpr int a = 1;//相当于const限定的编译时可确定值的用法
  constexpr int b = cin.get();//编译器报错，此为运行时确定的存储
  

  ii. constexpr修饰函数
  当constexpr修饰的函数返回值用作常量表达式时，如用作数组声明中的维度，要求该函数中，定义的所有变量均为编译时可决定的值，且不能进行取地址等复杂操作，并且要求传入的参数也必须是常量表达式。
  若返回结果不用做常量表达式，即权当普通函数使用。
  eg:

  返回值作为常量表达式使用：程序可编译执行
  
  constexpr int test(int a) {
    int b = 2;//个人猜测当返回值用作常量表达式时，b会当做constexpr变量使用
    //printf("b = %d, &b = %x\n", b, &b);//若注释去掉，编译器报错，constexpr函数无法生成常数表达式
    return b;
  }
  int main() {
    int a = 1;
    int b = 1;
  //int array[test(a+b)];
  //若注释去掉，编译器报错，变量a的值不可用作常量
    int array[test(1)];
  
    return 0;
  }
  

  返回值不做常量表达式使用：
  
  传参不做要求(在以上程序加test(a+b);进行测试，通过)
  返回值是否为常数表达式不做要求
  

  • 一个constexpr修饰的指针的初始值必须是nullptr或者0，或者是存储于某个固定地址中的对象(如函数体外定义的变量或函数体内的static变量），且constexpr修饰的是指针，而不是指针指向的对象。(即xxx *const ptr;)