constexpr和const之间有什么区别?
我什么时候只能使用其中一个?我什么时候可以同时使用这两种方法,我应该如何选择一种?
constexpr和const之间有什么区别?
我什么时候只能使用其中一个?我什么时候可以同时使用这两种方法,我应该如何选择一种?
当前回答
根据Bjarne Stroustrup的《C++编程语言第四版》一书•const:大致意思是“我保证不会改变这个值”(§7.5)。这主要用于指定接口,以便可以将数据传递给函数,而不必担心数据被修改。编译器执行const的承诺。•constexpr:大致意思是“在编译时要求值”(§10.4)。这主要用于指定常量,以允许例如:
const int dmv = 17; // dmv is a named constant
int var = 17; // var is not a constant
constexpr double max1 = 1.4*square(dmv); // OK if square(17) is a constant expression
constexpr double max2 = 1.4∗square(var); // error : var is not a constant expression
const double max3 = 1.4∗square(var); //OK, may be evaluated at run time
double sum(const vector<double>&); // sum will not modify its argument (§2.2.5)
vector<double> v {1.2, 3.4, 4.5}; // v is not a constant
const double s1 = sum(v); // OK: evaluated at run time
constexpr double s2 = sum(v); // error : sum(v) not constant expression
函数在常量表达式中可用,即在要计算的表达式中编译器必须将其定义为constexpr。例如:
constexpr double square(double x) { return x∗x; }
要成为constexpr,函数必须相当简单:只需要一个计算值的return语句。A.constexpr函数可以用于非常量参数,但当这样做时,结果不是常量表达式。我们允许使用非常量表达式参数调用constexpr函数在不需要常量表达式的上下文中,这样我们就不需要定义相同的函数两次:一次用于常量表达式,一次用于变量。在一些地方,语言规则需要常量表达式(例如,数组边界(§2.2.5,§7.3)、案例标签(§2.2.4、§9.4.2)、一些模板参数(§25.2)以及使用常量表达式)。在其他情况下,编译时评估对性能很重要。独立于性能问题,不变性(具有不可更改状态的对象)的概念是重要设计问题(§10.4)。
其他回答
const和constexpr都可以应用于变量和函数。尽管它们彼此相似,但实际上它们是非常不同的概念。
const和constexpr都意味着它们的值在初始化后不能更改。例如:
const int x1=10;
constexpr int x2=10;
x1=20; // ERROR. Variable 'x1' can't be changed.
x2=20; // ERROR. Variable 'x2' can't be changed.
const和constexpr之间的主要区别是它们的初始化值已知(求值)的时间。虽然const变量的值可以在编译时和运行时计算,但constexpr始终在编译时计算。例如:
int temp=rand(); // temp is generated by the the random generator at runtime.
const int x1=10; // OK - known at compile time.
const int x2=temp; // OK - known only at runtime.
constexpr int x3=10; // OK - known at compile time.
constexpr int x4=temp; // ERROR. Compiler can't figure out the value of 'temp' variable at compile time so `constexpr` can't be applied here.
了解该值在编译时或运行时是否已知的关键优势是,只要需要编译时常数,就可以使用编译时常数。例如,C++不允许您指定长度可变的C数组。
int temp=rand(); // temp is generated by the the random generator at runtime.
int array1[10]; // OK.
int array2[temp]; // ERROR.
这意味着:
const int size1=10; // OK - value known at compile time.
const int size2=temp; // OK - value known only at runtime.
constexpr int size3=10; // OK - value known at compile time.
int array3[size1]; // OK - size is known at compile time.
int array4[size2]; // ERROR - size is known only at runtime time.
int array5[size3]; // OK - size is known at compile time.
因此,常量变量可以定义编译时常量(如size1)和运行时常量(例如size2),前者可以用于指定数组大小,后者只能在运行时知道,不能用于定义数组大小。另一方面,constexpr总是定义可以指定数组大小的编译时常数。
const和constexpr也可以应用于函数。const函数必须是成员函数(方法、运算符),其中应用const关键字意味着该方法不能更改其成员(非静态)字段的值。例如
class test
{
int x;
void function1()
{
x=100; // OK.
}
void function2() const
{
x=100; // ERROR. The const methods can't change the values of object fields.
}
};
constexpr是一个不同的概念。它将函数(成员或非成员)标记为可以在编译时求值的函数,如果编译时常量作为其参数传递。例如,你可以写这个。
constexpr int func_constexpr(int X, int Y)
{
return(X*Y);
}
int func(int X, int Y)
{
return(X*Y);
}
int array1[func_constexpr(10,20)]; // OK - func_constexpr() can be evaluated at compile time.
int array2[func(10,20)]; // ERROR - func() is not a constexpr function.
int array3[func_constexpr(10,rand())]; // ERROR - even though func_constexpr() is the 'constexpr' function, the expression 'constexpr(10,rand())' can't be evaluated at compile time.
顺便说一句,constexpr函数是常规C++函数,即使传递了非常量参数,也可以调用这些函数。但在这种情况下,您得到的是非常量表达式值。
int value1=func_constexpr(10,rand()); // OK. value1 is non-constexpr value that is evaluated in runtime.
constexpr int value2=func_constexpr(10,rand()); // ERROR. value2 is constexpr and the expression func_constexpr(10,rand()) can't be evaluated at compile time.
constexpr还可以应用于成员函数(方法)、运算符甚至构造函数。例如。
class test2
{
static constexpr int function(int value)
{
return(value+1);
}
void f()
{
int x[function(10)];
}
};
一个更“疯狂”的样本。
class test3
{
public:
int value;
// constexpr const method - can't chanage the values of object fields and can be evaluated at compile time.
constexpr int getvalue() const
{
return(value);
}
constexpr test3(int Value)
: value(Value)
{
}
};
constexpr test3 x(100); // OK. Constructor is constexpr.
int array[x.getvalue()]; // OK. x.getvalue() is constexpr and can be evaluated at compile time.
首先,两者都是c++中的限定符。声明常量的变量必须初始化,以后不能更改。因此,通常声明为常量的变量甚至在编译之前都会有一个值。
但是,对于constexpr来说,它有点不同。
对于constexpr,您可以给出一个表达式,该表达式可以在程序编译期间计算。
显然,声明为constexper的变量不能像const一样在将来更改。
const适用于变量,并防止在代码中修改它们。
constexpr告诉编译器,此表达式会产生编译时常量值,因此可以在数组长度、赋值给常量变量等位置使用。Oli给出的链接有很多很好的示例。
基本上,它们是两个不同的概念,可以(也应该)一起使用。
我认为任何答案都不能确切地说明它有什么副作用,或者确切地说,它是什么。
当用文字或表达式初始化时,名称空间/文件范围中的constexpr和const是相同的;但对于函数,const可以由任何函数初始化,但由非constexpr初始化的constexpr(未标记constexpr或非constexpr表达式的函数)将生成编译器错误。constexpr和const都是变量的隐式内部链接(实际上,如果编译-O1或更强,则它们无法生存到链接阶段,并且static不会强制编译器在-O1或更高时发出const或constexpr的内部(本地)链接器符号;它唯一做到这一点的时候是获取变量的地址。const和constexpr将是内部符号,除非用extern表示,即extern constexpr/const int i=3;需要使用)。在函数上,constexpr使函数永远不会到达链接阶段(无论是定义中的extern或inline,还是-O0或-Ofast),而const永远不会到达,static和inline只对-O1和更高版本有此影响。当const/constexpr变量由constexpr函数初始化时,加载总是使用任何优化标志进行优化,但如果函数仅为静态或内联,或者变量不是const/constexpr,则永远不会进行优化。
标准汇编(-O0)
#include<iostream>
constexpr int multiply (int x, int y)
{
return x * y;
}
extern const int val = multiply(10,10);
int main () {
std::cout << val;
}
编译到
val:
.long 100 //extra external definition supplied due to extern
main:
push rbp
mov rbp, rsp
mov esi, 100 //substituted in as an immediate
mov edi, OFFSET FLAT:_ZSt4cout
call std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >::operator<<(int)
mov eax, 0
pop rbp
ret
__static_initialization_and_destruction_0(int, int):
.
.
.
然而
#include<iostream>
const int multiply (int x, int y)
{
return x * y;
}
const int val = multiply(10,10); //constexpr is an error
int main () {
std::cout << val;
}
编译到
multiply(int, int):
push rbp
mov rbp, rsp
mov DWORD PTR [rbp-4], edi
mov DWORD PTR [rbp-8], esi
mov eax, DWORD PTR [rbp-4]
imul eax, DWORD PTR [rbp-8]
pop rbp
ret
main:
push rbp
mov rbp, rsp
mov eax, DWORD PTR val[rip]
mov esi, eax
mov edi, OFFSET FLAT:_ZSt4cout
call std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >::operator<<(int)
mov eax, 0
pop rbp
ret
__static_initialization_and_destruction_0(int, int):
.
.
.
mov esi, 10
mov edi, 10
call multiply(int, int)
mov DWORD PTR val[rip], eax
这清楚地表明,constexpr会导致const/constexpr文件范围变量在编译时初始化,并且不会产生全局符号,而不使用它会导致在运行时在main之前初始化。
使用-Ofast编译
甚至-Ofast没有优化负载!https://godbolt.org/z/r-mhif,所以需要constexpr
对于相同的结果,也可以从其他constexpr函数内部调用constexpr功能。函数上的constexpr还防止在函数中使用编译时无法执行的任何操作;例如,调用std::cout上的<<运算符。
块范围内的constexpr的行为相同,如果由非constexpr函数初始化,则会产生错误;该值也立即代入。
最后,它的主要目的类似于C的内联函数,但只有当该函数用于初始化文件范围变量时,它才有效(这些函数不能在C上执行,但可以在C++上执行,因为它允许动态初始化文件范围变元),除非该函数也不能将全局/局部符号导出到链接器,即使使用external/static,您可以在C上使用内联;块范围变量赋值函数可以简单地使用-O1优化进行内联,而无需在C和C++上使用constexpr。
const和constexpr关键字概述
在C++中,如果用常量表达式初始化常量对象,我们可以在需要常量表达式的地方使用常量对象。
const int x = 10;
int a[x] = {0};
例如,我们可以在switch中使用case语句。
constexpr可以与数组一起使用。
constexpr不是类型。
constexpr关键字可以与auto关键字一起使用。
constexpr auto x = 10;
struct Data { // We can make a bit field element of struct.
int a:x;
};
如果我们用常量表达式初始化常量对象,那么该常量对象生成的表达式现在也是常量表达式。
常量表达式:可以在编译时计算其值的表达式。
x*5-4//这是一个常量表达式。对于编译器,键入此表达式和直接键入46之间没有区别。
初始化是必需的。它只能用于阅读目的。无法更改。到目前为止,“const”和“constexpr”关键字之间没有区别。
注意:我们可以在同一声明中使用constexpr和const。
constexpr const int* p;
Constexpr函数
通常,函数的返回值是在运行时获得的。但当满足某些条件时,对constexpr函数的调用将在编译时作为常量获得。
注意:在函数调用中发送给函数的参数变量的参数,如果有多个参数,则发送给所有参数变量,如果是C。E,则函数的返回值将在编译时计算!!!
constexpr int square (int a){
return a*a;
}
constexpr int a = 3;
constexpr int b = 5;
int arr[square(a*b+20)] = {0}; //This expression is equal to int arr[35] = {0};
为了使函数成为constexpr函数,函数的返回值类型和函数参数的类型必须在名为“literal type”的类型类别中。
constexpr函数是隐式内联函数。
重要一点:
无需使用常量表达式调用constexpr函数。它不是必需的。如果发生这种情况,计算将不会在编译时完成。它将被视为正常的函数调用。因此,当需要常量表达式时,我们将无法再使用此表达式。
constexpr函数所需的条件如下所示:;
1)函数参数中使用的类型和函数返回值的类型必须是文本类型。
2)函数内部不应使用具有静态寿命的局部变量。
3)如果函数是合法的,当我们在编译时使用常量表达式调用此函数时,编译器会在编译时计算函数的返回值。
4)编译器需要查看函数的代码,因此constexpr函数几乎总是在头文件中。
5)为了使我们创建的函数成为constexpr函数,函数的定义必须在头文件中。因此,无论哪个源文件包含该头文件,都将看到函数定义。
奖金
通常使用默认成员初始化,可以在类中初始化具有常量和整数类型的静态数据成员。然而,为了做到这一点,必须同时存在“常量”和“整型”。
如果我们使用静态constexpr,那么它不必是一个整型来在类中初始化它。只要用常量表达式初始化它,就没有问题。
class Myclass {
const static int sx = 15; // OK
constexpr static int sy = 15; // OK
const static double sd = 1.5; // ERROR
constexpr static double sd = 1.5; // OK
};