C++ const、constexpr与consteval作用与区别

C++ const、constexpr与consteval作用与区别

在C++ 常量表达式和编译时优化中，我们已经提到了常量、编译时常量与运行时常量的概念。为了加深理解，我们再重新明晰一下这三者的概念。

• 常量：初始化之后便不可修改的量。在c++中使用const修饰的“变量”称为常量。const修饰的常量可以是编译时常量，也可以是运行时常量。现代编译器将自行推理决断。

  #include<iostream>
  int main(){const int x{1};std::cout << x << std::endl;//可以读取x = 5； //error，编译错误，常量不可修改
  }
  

• 编译时常量：在编译时，编译器将常量的值计算出来，不必等到每次运行时计算。

  #include<iostream>
  int main(){const int x{1 + 8};std::cout << x << std::endl;
  }
  

  就像上面的代码，若不优化，则每次运行编译后的程序时都需要计算$1+8$,如果程序执行一百万次，则$1+8$将被计算一百万次。这完全是没有必要的。
  优化后的结果类似以下代码：

  #include<iostream>
  int main(){const int x{9};std::cout << x << std::endl;
  }
  

• 运行时常量：程序运行时才确定下来的常量。

  #include<iostream>
  int main(){int a = 9;const int x{a}; //由于a是一个变量，所以x只能在运行到此处的时候才能确定值。std::cout << x << std::endl;
  }
  

constexpr

尽管现代编译器已经可以自主判断是否应该编译时优化，但是由于某些表达式十分复杂，仅仅依赖于编译器是十分困难的。于是c++提供了constexpr关键字，它告诉编译器其修饰的常量是编译时常量可以在编译时优化。

注意： constexpr表示该对象可以在常量表达式中使用。初始值设定项的值在编译时必须已知。constexpr对象可以在运行时或编译时进行计算。constexpr与std::string、std::vector和其他使用动态内存分配的类型不完全兼容。

#include <iostream>double nonconstexpr_ex(double radius)
{constexpr double pi { 3.14159265359 };return 2.0 * pi * radius;
}
constexpr double constexpr_ex(double radius)
{constexpr double pi { 3.14159265359 };return 2.0 * pi * radius;
}
int main()
{constexpr double circumference { nonconstexpr_ex(3.0) }; // 编译错误constexpr double circumference { constexpr_ex(3.0) }; // 正确std::cout << "Our circle has circumference " << circumference << "\n";return 0;
}

注：

1. constexpr 函数也可以在运行时进行计算。所以在非必要时，编译器可自行选择函数是否在编译时计算。
2. constexpr 函数是隐式内联的, 编译器必须能够看到constexpr（或 consteval）函数的完整定义，而不仅仅是前向声明。

consteval

consteval是c++20引入的关键字。用于指示函数必须在编译时计算，否则将导致编译错误。此类函数称为即时函数（immediate functions）。