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C++怎么使用constexpr函数_C++编译期计算教程【极致】

冰火之心

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发布时间:2026-02-22 09:13:02

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来源于php中文网

原创

constexpr函数必须满足编译期可求值约束:参数与返回类型为字面类型、函数体无运行时操作、调用实参为常量表达式;c++14起支持循环与分支,但递归深度受限;consteval更严格,仅限编译期求值。

c++怎么使用constexpr函数_c++编译期计算教程【极致】

constexpr 函数必须满足编译期可求值的约束

不是所有函数加个 constexpr 就能进编译期——它本质是“编译器承诺能算出来”的契约。一旦函数体里出现运行时才确定的值(比如 std::cinnew、未初始化的局部变量),哪怕只在某条分支里,整个函数就退化为普通函数,constexpr 失效。

  • 返回类型和所有参数类型必须是字面类型(intstd::string_view、自定义类需有 constexpr 构造函数等)
  • C++14 起允许函数体内含有限循环和条件分支,但 C++11 只支持单个 return 表达式
  • 调用时传入的实参必须是常量表达式(如字面量、constexpr 变量),否则触发编译错误:error: the value of 'x' is not usable in a constant expression

怎么写一个真正能在编译期展开的 constexpr 函数

核心是“只依赖已知输入 + 无副作用”。比如计算阶乘:

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

这个函数在 C++14+ 下合法,但要注意:

  • 不能写 if (n > 10) throw std::logic_error("too big") —— 异常抛出不是常量表达式操作
  • 避免递归过深:编译器有深度限制(GCC 默认 512 层),超限报错:error: constexpr evaluation depth exceeds maximum
  • 若想支持更大输入,改用迭代写法(C++20 起支持 constexpr 循环)

constexpr 函数被当成运行时函数调用的常见原因

明明写了 constexpr,结果生成的汇编里还是调用了函数?大概率是调用上下文没满足常量表达式要求。

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  • 用非常量变量调用:int x = 5; auto v = factorial(x); → 运行时调用
  • 数组长度声明时用了非 constexpr 结果:int arr[factorial(5)]; 合法;但 int y = 5; int arr2[factorial(y)]; 非法(C++14 起部分编译器可能接受,但非标准)
  • 模板非类型参数中使用:template<int n> struct X {}; X<factorial> x;</factorial></int> 必须确保 factorial(4) 在实例化点是常量表达式

constexpr 和 consteval 的关键区别在哪

consteval 是 C++20 新增的,意思是“必须在编译期求值”,比 constexpr 更严格。

  • constexpr 函数可以既用于编译期,也用于运行时;consteval 函数只能用于编译期,任何运行时调用直接编译失败
  • 比如 consteval int square(int x) { return x * x; },写 int a = 3; square(a); 会报错:error: call to consteval function 'square' is not a constant expression
  • 别为了“显得更编译期”滥用 consteval——它会破坏函数复用性,仅当逻辑上绝对不允许运行时执行时才用

最易忽略的是:constexpr 函数的“编译期能力”不传递给它的调用者——你得逐层检查每一步输入是否真的常量,而不是看到函数名带 constexpr 就默认安全。

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