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c++中如何使用constexpr_constexpr编译期常量表达式详解

穿越時空

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发布时间:2025-09-27 13:00:03

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来源于php中文网

原创

constexpr用于声明编译期常量表达式,可修饰变量、函数和构造函数;2. constexpr变量必须用常量表达式初始化,类型为字literal类型;3. constexpr函数在传入编译期常量时于编译时求值,否则运行时执行,且需满足参数和返回值为字面类型等限制。

c++中如何使用constexpr_constexpr编译期常量表达式详解

在C++中,constexpr 是一个关键字,用于声明编译期常量表达式。它不仅可用于变量,还可用于函数和构造函数,使得这些表达式在编译时就能求值,从而提升程序性能并支持需要编译期常量的场景(如数组大小、模板参数等)。

constexpr 变量:编译期常量

使用 constexpr 声明的变量必须在编译时确定其值,并且类型必须是字面类型(literal type)。

示例:
constexpr int size = 10;
constexpr double pi = 3.1415926;
constexpr int square(int x) { return x * x; }
constexpr int val = square(5); // 编译期计算,val = 25

注意:初始化表达式必须是常量表达式,否则编译失败。

例如下面写法会报错:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

int x = 5;
constexpr int y = x; // 错误:x 不是编译期常量

constexpr 函数:编译时可执行

constexpr 函数在被调用时,若传入的是编译期常量,则结果也会在编译期计算;若传入运行时值,则退化为普通函数在运行时执行。

定义 constexpr 函数有以下限制:

  • 函数体不能包含全局或静态变量的修改
  • 不能使用 try-catch
  • C++11 中函数体只能包含一条 return 语句(后续标准放宽)
  • 返回值和所有参数类型都应为字面类型
示例:
constexpr int factorial(int n) {
    return (n <= 1) ? 1 : n * factorial(n - 1);
}

constexpr int fact_5 = factorial(5); // 编译期计算:120 int runtime_n = 4; int fact_n = factorial(runtime_n); // 运行时计算

从 C++14 开始,constexpr 函数可以包含局部变量、循环和条件分支,更加灵活。

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constexpr 构造函数与类

如果一个类的构造函数被声明为 constexpr,且满足一定条件,那么该类的对象可以在编译期创建。

要求:

  • 构造函数体为空或只进行成员初始化
  • 所有成员均为字面类型
  • 使用 constexpr 构造函数初始化对象时,参数必须是常量表达式
示例:
class Point {
public:
    constexpr Point(double x, double y) : x_(x), y_(y) {}
    constexpr double x() const { return x_; }
    constexpr double y() const { return y_; }
private:
    double x_, y_;
};

constexpr Point p(3.0, 4.0); // 编译期创建对象 constexpr double dist_sq = p.x()p.x() + p.y()p.y(); // 25.0

与 const 的区别

很多人混淆 constconstexpr,它们的关键区别在于:

  • const 表示“不可修改”,但变量可能在运行时初始化
  • constexpr 强调“编译期常量”,必须在编译时求值

例如:

const int a = rand();     // 合法:运行时赋值,之后不可变
// constexpr int b = rand(); // 错误:rand() 不是常量表达式

所以 constexpr 比 const 要求更严格,但用途更广,尤其在模板元编程中非常关键。

基本上就这些。掌握 constexpr 能让你写出更高效、更安全的 C++ 代码,尤其是在需要编译期计算或作为非类型模板参数时特别有用。

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