什么是'constexpr'有用？

Question

我真的找不到任何用途.我的第一个想法是,我可以使用它来实现'按合同设计',而不使用像这样的宏:

struct S
{   
    S(constexpr int i) : S(i) { static_assert( i < 9, "i must be < 9" ); }

    S(int i); //external defintion

    char *pSomeMemory;
};

但这不会编译.我想我们也可以使用它来引用同一变量,而不需要创建额外的内存,当我们想要避免get/setters时,为了使用户的一个成员的实例是只读的:

class S
{  
private:
    int _i;

public:
    const int & constexpr i = _i;
};

但以上都没有实际编译过.有人可以告诉我为什么要引入这个关键字？

Answer 1

目标constexpr取决于具体情况:

1. 对于对象,它表示该对象是不可变的,并且应该在编译时构造.除了将操作移动到编译时而不是在运行时执行它们创建constexpr对象之外还有一个额外的好处,即它们在创建任何线程之前进行初始化.因此,他们的访问永远不需要任何同步.声明对象的示例constexpr如下所示:

   constexpr T value{args};
   

   显然,为了工作,args需要是常量表达式.

2. 对于函数,它表示调用函数可以导致常量表达式.constexpr函数调用的结果是否导致常量表达式取决于参数和函数的定义.直接的含义是函数必须是inline(它将隐含地这样做).此外,在这样的功能中可以做什么也存在限制.对于C++ 11,该函数只能有一个语句,对于非构造函数,它必须是a- returnstatement.这种限制在C++ 14中得到了放松.例如,以下是constexpr函数的定义:

   constexpr int square(int value) { return value * value; }
   

在创建constexpr非内置类型的对象时,相应的类型将需要constexpr构造函数:生成的默认构造函数将不起作用.显然,constexpr构造函数需要初始化所有成员.一个constexpr构造函数看起来是这样的:

struct example {
    int value;
    constexpr example(int value): value(value) {}
};

int main() {
    constexpr example size{17};
    int array[size.value] = {};
}

创建的constexpr值可以在预期的常量表达的任何地方使用.

Answer 2

我看待它constexpr的方式是将两种C++语言结合在一起的方法 - 在运行时运行的语言和在编译时运行的语言.编译时编程通常称为元编程.

首先是C,带有宏.宏实际上是由编译器运行的小程序.他们有if语句(称为#ifdef),变量(带#define).甚至还有一种在编译时运行的完整脚本语言.

当C++出来时,它有C宏,仅此而已.然后是C++模板.这些介绍了运行编译时代码的不同方法.例如,C++元语言在很大程度上是功能性的,允许您使用尾递归来执行循环.

在C++ 11中,他们认为元编程看起来更好,所以他们已经介绍过了constexpr.现在您可以编写也是元函数的C++函数.在C++ 14中它变得更好,因为对constexpr函数的限制已经放宽了.

Answer 3

以下是 Alex Allin 在他的“Constexpr - C++11 中的通用常量表达式”中提出的观点的摘要，其中详细介绍了以下内容的用处constexpr：

• 首先，通过constexpr说明符，函数或变量的值可以是在编译​​时。
• 说明符的另一个好处constexpr是它可以用函数替换宏
• constexpr也将有利于您的模板元编程。

对效率的好处：

常量表达式...允许在编译时进行某些计算，实际上是在代码编译时而不是在程序本身运行时进行。（阿兰2）

性能优势：如果某件事可以在编译时完成，那么它将完成一次，而不是每次程序运行时完成

其他福利：

然后可以在仅允许编译时常量表达式的情况下使用此类变量和函数。对象声明中使用的 constexpr 说明符隐含 const。函数声明中使用的 constexpr 说明符意味着内联。(CPP 1)

函数规则constexpr：

1. 它必须由单个 return 语句组成（有一些例外）
2. 它只能调用其他 constexpr 函数
3. 它只能引用 constexpr 全局变量 (Allain 6)

构造函数规则constexpr：

1. 它的每个参数必须是文字类型
2. 该类必须没有虚拟基类
3. 构造函数不得有函数 try 块 (CPP 6)

引文

Allin、Alex，“Constexpr - C++11 中的通用常量表达式”，未指定日期，“ http://www.cprogramming.com/c++11/c++11-compile-time-processing-with-constexpr .html “

CPP，“Constexpr 说明符”，2014 年 12 月 16 日，http://en.cppreference.com/w/cpp/language/constexpr

编辑：抱歉，我的错让这些观点看起来像是我的作者，所以我纠正了自己，更改了各个部分，并添加了引用以避免抄袭。