常量与 constexpr

** 常量**

在 C++ 中，常量指的是其值在程序运行期间不能被修改的量。常量主要有以下几种类型：

  • const 常量

    • 使用 const 关键字声明，表示变量的值在初始化后不能被改变。
    • 可以用于局部变量、全局变量和类的成员变量。
    const int MAX_SIZE = 100; // `const` 常量
void function() {
    const int LOCAL_CONST = 10; // 函数内的 `const` 常量
}

  • const 成员变量

    • 类中的 const 成员变量必须在构造函数的初始化列表中进行初始化。
    class MyClass {
public:
    const int value;
    MyClass(int v) : value(v) {}
};

  • constexpr 常量

    • constexpr 表示常量在编译时能够被求值，可以用于编译时常量表达式。
    • constexpr 可以用来声明常量变量和常量函数。
    constexpr int MAX_SIZE = 100; // `constexpr` 常量

constexpr 函数

constexpr 函数在编译时能够求值，必须满足以下条件：

  • 函数体内的代码必须是编译时常量表达式。

  • 不能有副作用，函数体只能包含简单的操作，如基本的算术运算和条件判断。

  • constexpr 函数示例

    constexpr int square(int x) {
    return x * x; // 编译时求值
}

int main() {
    constexpr int result = square(5); // 编译时求值
    return 0;
}

4.3 constexpr 与 const 的区别

  • const

    • 在程序运行时保证变量不可变。
    • 可以用于运行时常量，值在编译时未知。
    • 主要用于需要在运行时计算的常量。

  • constexpr

    • 在编译时进行求值，适用于需要在编译时确定值的常量。
    • 可以用于编译时常量和常量表达式。
    • 提供了更多的编译时优化。

4.4 示例

  • const 示例

    void example() {
    const int value = 10; // 运行时常量
    // value = 20; // 编译错误: `value` 是 `const` 变量，不能修改
}

  • constexpr 示例

    constexpr int factorial(int n) {
    return (n <= 1) ? 1 : (n * factorial(n - 1));
}

int main() {
    constexpr int result = factorial(5); // 编译时求值
    return 0;
}

4.5 最佳实践

  • 使用 const 和 constexpr

    • 使用 const 来定义那些在程序运行时不变的值。
    • 使用 constexpr 来定义编译时常量和能够在编译时计算的表达式，以优化程序性能。

  • constexpr 函数的设计

    • 保持 constexpr 函数的简单性，避免复杂的控制流和副作用。
    • 确保 constexpr 函数能够在编译时求值。