常量表達式(constexpr)

首先，常量表達式的概念：在編譯期就可以計算出結果的表達式
那么為什么要用常量表達式呢，用常量表達式會有什么好處：
　　1.允許一些計算只在編譯時進行一次，而不是每次程序運行時；
　　2.編譯器可以進行尺度更大的優化；
　　3.可以用在需求編譯期間常量的上下文，例如數組長度等；

使用constexpr修飾變量時：

　　const 變量的初始化可以延遲到運行時，而 constexpr 變量必須在編譯時進行初始化。所有constexpr對象都是const的，但是不是所有的const對象都是constexpr的。

使用constexpr修飾函數時：

　　constexpr函數限制持有和返回的類型為字面值類型（literal type），本質上就是一些在編譯期間可確定值的類型。在C++中，除了void之外的內置類型都是字面值類型，不過用戶定義的類型也有可能是字面值類型，因為構造函數和其他成員函數可能是constexpr的；
　如果實參都是常量表達式的話，那么它可以在編譯時產生返回值；其它情況下，常量表達式函數跟普通函數一樣，只有在運行時才能被調用，產生返回值；

對constexpr函數的基本要求：

1. 常量表達式函數必須有返回值（不可以是void函數）
2. 常量表達式函數體中只能有一條語句，且該語句必須是return語句。（可以使用?:、遞歸）但不產生實際代碼的語句可以在常量表達式函數中使用，如static_assert,using,typedef等（這條規定在C++14中大幅放松）
3. return語句中，不能使用非常量表達式的變量、函數，且return的表達式也要是常量表達式
4. 常量表達式函數在使用前，必須有定義。（普通函數在被調用前只要有函數聲明就夠了，不一定有定義）

常量構造函數的要求：

1. 成員變量只能通過初始化列表來初始化，函數體必須為空
2. 初始化列表只能由常量表達式來賦值

常量成員函數的要求：

1. 常量成員函數被隱式定義為const成員函數，不可以通過常量成員函數去修改成員變量。也就是說，常量成員函數往往是所謂的getter函數。（c++14則不同，允許constexpr成員函數去修改成員變量）
2. 常量成員函數不能是virtual的

在C++11與C++14的區別：
　　在C++11標准中，對於constexpr修飾的函數給了及其苛刻的限定條件：函數的返回值類型及所有形參的類型都是字面值類型，而且函數體內必須有且只有一條return語句。這個條件顯然是太苛刻了，以至於很多在constexpr的操作都要借助？：表達式，遞歸等辦法實現。在C++14中，放寬了這一限定，只保留了“函數的返回值類型及所有形參的類型都是字面值類型”，也就是說，這些值都在編譯期能確定了就行。

constexpr與const的本質區別

　　const主要用於表達“對接口的寫權限控制”，即“對於被const修飾的量名(例如const指針變量)，不得通過它對所指對象作任何修改”。(但是可以通過其他接口修改該對象)。另外，把對象聲明為const也為編譯器提供了潛在的優化可能。具體來說就是，如果把一個量聲明為const，並且沒有其他地方對該量作取址運算，那么編譯器通常(取決於編譯期實現)會用該量的實際常量值直接替換掉代碼中所有引用該量的地方，而不用在最終編譯結果中生成對該量的存取指令。constexpr的主要功能則是讓更多的運算可以在編譯期完成，並能保證表達式在語義上是類型安全的。(譯注：相比之下，C語言中#define只能提供簡單的文本替換，而不具任何類型檢查能力)。與const相比，被constexpr修飾的對象則強制要求其初始化表達式能夠在編譯期完成計算。之后所有引用該常量對象的地方，若非必要，一律用計算出來的常量值替換。

能否同時使用constexpr與const?

　　對於變量來講，一般情況下constexpr已經包含了const的語義，所以沒必要同時使用；但是也有特殊情況：

static constexpr int N = 3;
int main()
{
  constexpr const int *NP = &N;
  return 0;
}

　　在這里const和constexpr在修飾不同的東西，constexpr和const都必須要有。constexpr表示NP指針本身是常量表達式，而const表示指向的值是一個常量。去掉const之后無法編譯，因為不能用正常指針指向常量。對於成員函數來講，在C++11中constexpr同樣包含const的含義，但是C++14中則不，所以C++14中可能會需要同時使用const與constexpr。

 

作者：丑角的晨歌