C++11 constexpr使用详解

C++11为了提高代码执行效率做了一些改善。这种改善之一就是:生成常量表达式，允许程序利用编译时的计算能力。假如你熟悉模板元编程，你将发现constexpr使这一切变得更加简单。constexpr使我们很容易利用上编译时编程的优势。

常量表达式主要是允许一些计算发生在编译时，即发生在代码编译而不是运行的时候。这是很大的优化：假如有些事情可以在编译时做，它将只做一次，而不是每次程序运行时。需要计算一个编译时已知的常量，比如特定值的sine或cosin？确实你亦可以使用库函数sin或cos，但那样你必须花费运行时的开销。使用constexpr，你可以创建一个编译时的函数，它将为你计算出你需要的数值，用户的电脑将不需要做这些工作。

1.constexpr初探

为了使函数获取编译时计算的能力，你必须指定constexpr关键字到这个函数。

constexpr int multiply (int x, int y)
{
    return x * y;
}

// 将在编译时计算
const int val = multiply( 10, 10 );

除了编译时计算的性能优化，constexpr的另外一个优势是，它允许函数被应用在以前调用宏的所有场合。

例如，你想要一个计算数组size的函数，size是10的倍数。如果不用constexpr，你需要创建一个宏或者使用模板，因为你不能用函数的返回值去声明数组的大小。但是用constexpr，你就可以调用一个constexpr函数去声明一个数组。

constexpr int getDefaultArraySize (int multiplier)
{
    return 10 * multiplier;
}

int my_array[ getDefaultArraySize( 3 ) ];
int a = 4;　　//非常量表达式
getDefaultArraySize(a);　　//ok

constexpr修饰的函数，简单的来说，如果其传入的参数可以在编译时期计算出来，那么这个函数就会产生编译时期的值。但是，传入的参数如果不能在编译时期计算出来，那么constexpr修饰的函数就和普通函数一样了。不过，我们不必因此而写两个版本，所以如果函数体适用于constexpr函数的条件，可以尽量加上constexpr。

2.constexpr修饰函数的限制

一个constexpr有一些必须遵循的严格要求：

• 函数中只能有一个return语句(但允许包含typedefs、 using declaration && directives、静态断言等)
• 只能调用其它constexpr函数
• 只能使用全局constexpr变量

注意递归并不受限制,但只允许一个返回语句，那如何实现递归呢？可以使用三元运算符（?:)。例如，计算n的阶乘：

constexpr int factorial (int n) {
    return n > 0 ? n * factorial( n - 1 ) : 1;
}

现在你可以使用factorial(2)，编译器将在编译时计算这个值，这种方式运行更巧妙的计算，与内联截然不同。你无法内联一个递归函数。

3.使用编译时对象

constexpr修饰类的构造函数，即保证如果提供给该构造函数的参数都是constexpr，那么产生的对象中的所有成员都会是constexpr，该对象也就是constexpr对象了，可用于各种只能使用constexpr的场合。注意，constexpr构造函数必须有一个空的函数体，即所有成员变量的初始化都放到初始化列表中。
假如你有一个Circle类:

class Circle
{
    public:
    constexpr Circle (int x, int y, int radius) : _x( x ), _y( y ), _radius( radius ) {}
    constexpr double getArea () {
        return _radius * _radius * 3.1415926;
    }
private:
    int _x;
    int _y;
    int _radius;
};

将构造函数和getArea声明为constexpr，这样在编译期间，便能构造一个对象并能调用getArea函数获得area：

constexpr Circle c( 0, 0, 10 );
constexpr double area = c.getArea();

4.constexpr vs const的区别

假如你将一个成员函数标记为constexpr，则顺带也将它标记为了const。如果你将一个变量标记为constexpr，则同样它是const的。但相反并不成立，一个const的变量或函数，并不是constexpr的。

语义上:

constexpr:告诉编译器我可以是编译期间可知的，尽情的优化我吧。

const:告诉程序员没人动得了我，放心的把我传出去；或者放心的把变量交给我，我啥也不动就瞅瞅。

语法上:

constexpr是一种比const 更严格的束缚, 它修饰的表达式本身在编译期间可知, 并且编译器会尽可能的 evaluate at compile time. 在constexpr 出现之前, 可以在编译期初始化的const都是implicit constexpr. 直到c++ 11, constexpr才从const中细分出来成为一个关键字, 而 const从1983年 c++ 刚改名的时候就存在了... 如果你初学c++, 应当尽可能的, 合理的使用constexpr来帮助编译器优化代码。

到此这篇关于C++11 constexpr使用的文章就介绍到这了,更多相关C++11 constexpr使用内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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