c++ - `constexpr`和 `const`之间的区别

Question

constexpr和const有什么区别？

什么时候只能使用其中之一？

什么时候可以同时使用，我该如何选择？

Answer 1

基本含义和语法
这两个关键字都可以在对象和函数的声明中使用。应用于对象的基本区别是:

const将对象声明为常量。这意味着保证，一旦初始化，该对象的值就不会改变，并且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希望修改的对象。

constexpr声明一个适合在标准调用常量表达式中使用的对象。但是请注意，constexpr不是唯一的方法。

当应用于函数时，基本区别是:

const仅可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，可变数据成员可以随时进行修改)。

constexpr可以与成员函数和非成员函数以及构造函数一起使用。它声明该函数适合在常量表达式中使用。仅当函数满足某些条件(7.1.5 / 3,4)，最重要的是(†)时，编译器才会接受它:

函数主体必须是非虚拟的并且非常简单:除typedef和静态断言之外，仅允许单个return语句。对于构造函数，仅允许使用初始化列表，typedef和静态断言。 (虽然也允许= default和= delete。)

自C++ 14起，规则更加宽松，此后允许在constexpr函数中使用:asm声明，goto语句，带有case和default之外的标签的语句，try块，a的定义非文字类型的变量，静态或线程存储持续时间的变量的定义，不执行初始化的变量的定义。

参数和返回类型必须是文字类型(即，通常来说，非常简单的类型，通常是标量或集合)

常数表达式
如上所述，constexpr声明了两个对象以及适合在常量表达式中使用的函数。常量表达式不仅仅是常量:

可以在需要编译时评估的地方使用，例如模板参数和数组大小说明符:

  template<int N>
  class fixed_size_list
  { /*...*/ };

  fixed_size_list<X> mylist;  // X must be an integer constant expression

  int numbers[X];  // X must be an integer constant expression

但请注意:

声明为constexpr并不一定保证会在编译时对其进行评估。它可以用于此目的，但也可以在运行时评估的其他地方使用。

一个对象可能适合在常量表达式中使用，而无需声明为constexpr。例:

     int main()
     {
       const int N = 3;
       int numbers[N] = {1, 2, 3};  // N is constant expression
     }

这是可能的，因为N是常量，并且在声明时使用文字进行了初始化，即使未声明constexpr，它也满足常量表达式的条件。

那么，我何时真正必须使用constexpr？

像上面的N这样的对象可以用作常量表达式，而无需声明为constexpr。对于所有存在以下对象的对象都是如此:

const

整数或枚举类型的

和

在声明时使用本身就是常量表达式的表达式进行初始化

[这是由于第5.19 / 2节所致:常量表达式不得包含涉及“从左值到右值的修改，除非[...]整数或枚举类型的[...]的glvalue”的子表达式”感谢Richard Smith纠正了早些时候声称对所有文字类型都是如此。]

为了使函数适合在常量表达式中使用，必须将明确声明为constexpr，以便；仅满足常数表达式函数的标准是不够的。例:

 template<int N>
 class list
 { };

 constexpr int sqr1(int arg)
 { return arg * arg; }

 int sqr2(int arg)
 { return arg * arg; }

 int main()
 {
   const int X = 2;
   list<sqr1(X)> mylist1;  // OK: sqr1 is constexpr
   list<sqr2(X)> mylist2;  // wrong: sqr2 is not constexpr
 }

我/什么时候可以同时使用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，则永远不需要这样做。 constexpr暗含const。

constexpr const int N = 5;

是相同的

constexpr int N = 5;

但是，请注意，在某些情况下，关键字每个都引用声明的不同部分:

static constexpr int N = 3;

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

在这里，NP声明为地址常量表达式，即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。)在此，constexpr和const都是必需的:constexpr始终引用要声明的表达式(此处为NP)，而const引用int (它声明了一个指向常量的指针)。删除const将使表达式非法(因为(a)指向非常量对象的指针不能为常量表达式，并且(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中则不是这种情况。在C++ 11下声明为的成员函数为

constexpr void f();

需要声明为

constexpr void f() const;

在C++ 14下，仍然可以用作const函数。