#define、const、constexpr

const 、#define、constexpr

• #define

  define是C語言中的宏，拿來進行文本替換。如，#define number 100,在程序的預處理階段，會將程序中，所有出現number的地方，使用100來進行替換。

  缺點：這個是在預處理階段就完成的文本替換，與編譯階段是不同階段，不會進行類型檢查。

• const
  i. 編譯時的值替代 --- const限定的變量，在編譯階段，編譯器會進行常量折疊的一些優化操作。所謂常量折疊，就是化簡常量表達式，即當遇到const限定的變量時，會用相應的值進行替換，使其變為一個立即數。當然，不是所有情況都能進行常量折疊，如對常量進行取地址操作。
  eg:

  int main(){
    const int a = 2;
    int *ptr = const_cast<int *>(&a);//改變常量屬性
    *ptr = 5;
    printf("a = %d\n" ,a);//此處進行常量折疊
    printf("&a = %x\n", &a);
    printf("*ptr = %d\n",*ptr);
    printf("ptr = %x\n",ptr);
    printf("a = %d\n" ,a);////此處進行常量折疊
    printf("&a = %x\n", &a);
  
    return 0;
  }
  

  運行結果：
  
  分析：
  按&a,ptr,&a順序輸出的地址都不變，即說明處理的一直都是常量區的那塊內存。當強行改變常量屬性，對內存進行寫操作時，再次輸出常量 a 的值，還是原來的 2 ,而不是 3 ,此處說明，這里已經是被編譯器優化了，編譯期進行了值替代。

  與volatile一起使用時，編譯器不會做常量折疊等優化
  volatile不允許編譯器對數據做出假定，必須要重重讀數據，而不是進行優化
  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;
  }
  
  

  運行結果
  
  ii. 運行時常量 -- 如果能確定一個變量，在其生存期之間，一直保持值不變，也可以用const來限定。
  eg:

  int main(){
    const int a = cin.get();//get()取單個字符
    cout <<a;
  
    return 0;
  }
  

  運行結果：
  
  分析：
  說明可以是運行時的const變量
  iii. const可以用來限定集合，如數組。編譯器在編譯階段，不能把集合放在它的符號表中,而是必須分配內存，表明“不能改變的一塊存儲”。在編譯時期，集合中的值，是不可使用的。
  （所謂分配內存，是指靜態分配空間，是指在編譯時期，就可以計算出其大小的，將這些信息寫到可執行文件一些區，在執行時，不必執行額外的代碼來為其分配內存，而是程序直接將這些數據，與物理地址建立映射關系。如，靜態變量與全局變量）
  eg:

  int main(){
    const int array[3]={0,1,2};
    float temp[array[0]];//此種行為編譯器會報錯
    //因為array數組中的值在編譯時不能使用，是運行時的存儲值
  }
  

  Tips:
  C++中const與C中的const的區別：
  const默認內部連接，作用域僅在本文件，而C中，默認外部連接。

• constexpr
  constexpr是C++11提出的，目的是讓編譯器在編譯時期判斷表達式是否是常量表達式，若是，則可以在編譯時就進行一些優化工作，提高效率。如常量折疊等；若不是，即報錯。
  i. constexpr修飾變量

  constexpr int a = 1;//相當於const限定的編譯時可確定值的用法
  constexpr int b = cin.get();//編譯器報錯，此為運行時確定的存儲
  

  ii. constexpr修飾函數
  當constexpr修飾的函數返回值用作常量表達式時，如用作數組聲明中的維度，要求該函數中，定義的所有變量均為編譯時可決定的值，且不能進行取地址等復雜操作，並且要求傳入的參數也必須是常量表達式。
  若返回結果不用做常量表達式，即權當普通函數使用。
  eg:

  返回值作為常量表達式使用：程序可編譯執行
  
  constexpr int test(int a) {
    int b = 2;//個人猜測當返回值用作常量表達式時，b會當做constexpr變量使用
    //printf("b = %d, &b = %x\n", b, &b);//若注釋去掉，編譯器報錯，constexpr函數無法生成常數表達式
    return b;
  }
  int main() {
    int a = 1;
    int b = 1;
  //int array[test(a+b)];
  //若注釋去掉，編譯器報錯，變量a的值不可用作常量
    int array[test(1)];
  
    return 0;
  }
  

  返回值不做常量表達式使用：
  
  傳參不做要求(在以上程序加test(a+b);進行測試，通過)
  返回值是否為常數表達式不做要求
  

  • 一個constexpr修飾的指針的初始值必須是nullptr或者0，或者是存儲於某個固定地址中的對象(如函數體外定義的變量或函數體內的static變量），且constexpr修飾的是指針，而不是指針指向的對象。(即xxx *const ptr;)