何时使用constexpr:

只要有编译时间常数。

简介

引入Constexpr并不是为了告诉实现可以在需要常量表达式的上下文中求值;一致性实现在c++ 11之前就已经证明了这一点。

实现无法证明的是某段代码的意图:

开发人员想用这个实体表达什么? 我们是否应该盲目地允许在常量表达式中使用代码，仅仅因为它碰巧有效?

没有警察，这个世界将会怎样?

假设您正在开发一个库，并意识到您希望能够计算区间(0,N]中每个整数的和。

int f (int n) {
  return n > 0 ? n + f (n-1) : n;
}

缺乏意图

如果在转换过程中传递的参数是已知的，编译器可以很容易地证明上述函数在常量表达式中是可调用的;但你并没有宣布这是一个意图——这只是碰巧的情况。

现在另一个人来了，读取你的函数，做和编译器一样的分析;“哦，这个函数在常量表达式中可用!”，然后写了下面的代码。

T arr[f(10)]; // freakin' magic

优化

作为一个“了不起的”库开发人员，您决定f应该在被调用时缓存结果;谁会想要一遍又一遍地计算同一组值呢?

int func (int n) { 
  static std::map<int, int> _cached;

  if (_cached.find (n) == _cached.end ()) 
    _cached[n] = n > 0 ? n + func (n-1) : n;

  return _cached[n];
}

结果

通过引入愚蠢的优化，您破坏了在需要常量表达式的上下文中对函数的所有使用。

您从未承诺过函数在常量表达式中是可用的，没有constexpr，就无法提供这样的承诺。

为什么我们需要constexpr?

constexpr的主要用途是声明意图。

如果一个实体没有被标记为constexpr——它从未打算在常量表达式中使用;即使是这样，我们也依赖编译器来诊断这样的上下文(因为它忽略了我们的意图)。

Constexpr函数真的很好，是对c++的一个很好的补充。但是，您是对的，它解决的大多数问题都可以用宏来解决。

然而，constexpr的一种用法在c++ 03中没有等价的类型化常量。

// This is bad for obvious reasons.
#define ONE 1;

// This works most of the time but isn't fully typed.
enum { TWO = 2 };

// This doesn't compile
enum { pi = 3.1415f };

// This is a file local lvalue masquerading as a global
// rvalue.  It works most of the time.  But May subtly break
// with static initialization order issues, eg pi = 0 for some files.
static const float pi = 3.1415f;

// This is a true constant rvalue
constexpr float pi = 3.1415f;

// Haven't you always wanted to do this?
// constexpr std::string awesome = "oh yeah!!!";
// UPDATE: sadly std::string lacks a constexpr ctor

struct A
{
   static const int four = 4;
   static const int five = 5;
   constexpr int six = 6;
};

int main()
{
   &A::four; // linker error
   &A::six; // compiler error

   // EXTREMELY subtle linker error
   int i = rand()? A::four: A::five;
   // It not safe use static const class variables with the ternary operator!
}

//Adding this to any cpp file would fix the linker error.
//int A::four;
//int A::six;

另一个用途(尚未提及)是constexpr构造函数。这允许创建编译时常量，这些常量不必在运行时进行初始化。

const std::complex<double> meaning_of_imagination(0, 42); 

将其与用户定义的字面量配对，就可以完全支持字面的用户定义类。

3.14D + 42_i;

你的基本例子和常数本身的例子是一样的。为什么要使用

static const int x = 5;
int arr[x];

over

int arr[5];

因为这样更容易维护。使用constexpr写和读要比现有的元编程技术快得多。

曾经有一种元编程模式:

template<unsigned T>
struct Fact {
    enum Enum {
        VALUE = Fact<T-1>*T;
    };
};

template<>
struct Fact<1u> {
    enum Enum {
        VALUE = 1;
    };
};

// Fact<10>::VALUE is known be a compile-time constant

我相信引入constexpr是为了让你编写这样的构造，而不需要模板和带有特化的奇怪构造，SFINAE之类的东西——但就像你编写一个运行时函数一样，但保证结果将在编译时确定。

但是，请注意:

int fact(unsigned n) {
    if (n==1) return 1;
    return fact(n-1)*n;
}

int main() {
    return fact(10);
}

用g++ -O3编译它，你会看到事实(10)确实在编译时被求值了!

一个VLA-aware编译器(C99模式下的C编译器或带有C99扩展的c++编译器)甚至可以允许你做:

int main() {
    int tab[fact(10)];
    int tab2[std::max(20,30)];
}

但目前它是非标准的c++ - constexpr看起来是一种解决这个问题的方法(即使没有VLA，在上面的例子中)。还有一个问题，就是需要有“正式的”常量表达式作为模板参数。