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
 };

基本含义和语法

这两个关键字都可以用于对象和函数的声明。应用于对象时的基本区别如下：

const将对象声明为常量。这意味着保证一旦初始化，该对象的值不会改变，编译器可以利用这一事实进行优化。它还有助于防止程序员编写代码来修改初始化后不打算修改的对象。constexpr声明一个对象适合在标准所称的常量表达式中使用。但请注意，constexpr并不是唯一的方法。

应用于函数时，基本区别如下：

const只能用于非静态成员函数，而不能用于一般函数。它保证成员函数不会修改任何非静态数据成员（可变数据成员除外，无论如何都可以修改）。constexpr可以与成员函数和非成员函数以及构造函数一起使用。它声明函数适合在常量表达式中使用。只有当函数满足某些标准（7.1.5/3,4），最重要的是（†），编译器才会接受它：函数体必须是非虚拟的并且非常简单：除了typedef和静态断言之外，只允许一个return语句。对于构造函数，只允许使用初始化列表、typedef和静态断言。（不过，也允许使用=default和=delete。）从C++14开始，规则更加宽松，从那时起，在constexpr函数中允许这样做：asm声明、goto语句、带有除case和default之外的标签的语句、try块、非文字类型变量的定义、静态或线程存储持续时间变量的定义，以及不执行初始化的变量的定义。参数和返回类型必须是文本类型（即，一般来说，非常简单的类型，通常是标量或聚合）

常量表达式

如上所述，constexpr声明了适合在常量表达式中使用的对象和函数。常量表达式不仅仅是常量：

它可以用于需要编译时评估的地方，例如模板参数和数组大小说明符：模板＜int N＞类fixed_size_list{ /*...*/ };fixed_size_list<X>mylist；//X必须是整数常量表达式整数[X]；//X必须是整数常量表达式但请注意：将某物声明为constexpr并不一定保证在编译时对其求值。它可以用于这种情况，但也可以用于运行时评估的其他地方。对象可以适合在常量表达式中使用，而不必声明为constexpr。例子：int main（）{常量int N=3；整数[N]=｛1，2，3｝；//N是常量表达式}这是可能的，因为N是常量，并且在声明时用文本初始化，满足常量表达式的条件，即使它没有声明为constexpr。

那么我什么时候真的必须使用constexpr？

像上面N这样的对象可以用作常量表达式，而不必声明为constexpr。这适用于以下所有对象：常量整数或枚举类型，以及在声明时使用本身为常量表达式的表达式初始化

[这是由于§5.19/2：常量表达式不能包含涉及“左值到右值修改，除非[…]是整数或枚举类型的glvalue[…]”的子表达式。感谢理查德·史密斯纠正了我之前的说法，即这适用于所有文字类型。]

对于适合在常量表达式中使用的函数，必须显式声明为constexpr；仅仅满足常数表达式函数的标准是不够的。例子：模板＜int N＞类别列表{ };常量表达式int sqr1（int arg）｛return arg*arg；｝整数sqr2（整数参数）｛return arg*arg；｝int main（）{常量int X=2；列表<sqr1（X）>mylist1；//确定：sqr1是常量表达式列表<sqr2（X）>mylist2；//错误：sqr2不是constexpr}

我什么时候可以/应该同时使用const和constexpr？

A.在对象声明中。当两个关键字都引用要声明的同一对象时，这从来都不是必需的。constexpr表示常量。

constexpr const int N = 5;

与

constexpr int N = 5;

但是，请注意，在某些情况下，每个关键字都引用声明的不同部分：

static constexpr int N = 3;

int main()
{
  constexpr const int *NP = &N;
}

这里，NP被声明为一个地址常量表达式，即一个本身就是常量表达式的指针。（当通过将地址运算符应用于静态/全局常量表达式来生成地址时，这是可能的。）在这里，constexpr和const都是必需的：constexpr始终引用要声明的表达式（这里是NP），而const引用int（它声明指向const的指针）。删除常量将使表达式非法（因为（a）指向非常量对象的指针不能是常量表达式，而（b）&N实际上是指向常量的指针）。

B.在成员函数声明中。在C++11中，constexpr表示const，而在C++14和C++17中则不是这样。在C++11中声明为

constexpr void f();

需要声明为

constexpr void f() const;

以便仍然可用作常量函数。

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
 };

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）。

正如@0x499602d2已经指出的，const只确保初始化后不能更改值，而constexpr（在C++11中引入）保证变量是编译时常量。考虑以下示例（来自LearnApp.com）：

cout << "Enter your age: ";
int age;
cin >> age;

const int myAge{age};        // works
constexpr int someAge{age};  // error: age can only be resolved at runtime

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.