15 | constexpr：一个常态的世界

吴咏炜

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该思维导图由 AI 生成，仅供参考

你好，我是吴咏炜。
我们已经连续讲了几讲比较累人的编译期编程了。今天我们还是继续这个话题，但是，相信今天学完之后，你会感觉比之前几讲要轻松很多。C++ 语言里的很多改进，让我们做编译期编程也变得越来越简单了。
初识 constexpr我们先来看一些例子：
int sqr(int n)
{
  return n * n;
}
int main()
{
  int a[sqr(3)];
}
想一想，这个代码合法吗？
看过之后，再想想这个代码如何？
int sqr(int n)
{
  return n * n;
}
int main()
{
  const int n = sqr(3);
  int a[n];
}
还有这个？
#include <array>
int sqr(int n)
{
  return n * n;
}
int main()
{
  std::array<int, sqr(3)> a;
}
此外，我们前面模板元编程里的那些类里的 static const int 什么的，你认为它们能用在上面的几种情况下吗？
如果以上问题你都知道正确的答案，那恭喜你，你对 C++ 的理解已经到了一个不错的层次了。但问题依然在那里：这些问题的答案不直观。并且，我们需要一个比模板元编程更方便的进行编译期计算的方法。
在 C++11 引入、在 C++14 得到大幅改进的 constexpr 关键字就是为了解决这些问题而诞生的。它的字面意思是 constant expression，常量表达式。存在两类 constexpr 对象：

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解释
总结

C++11引入了`constexpr`关键字，C++14对其进行了大幅改进，使得编译期编程变得更加简单。`constexpr`关键字用于定义编译时完全确定的常量和函数，允许进行编译期计算。通过`constexpr`函数，可以在编译期间产生编译期常数，从而实现编译期计算。与`const`的区别在于，`constexpr`表示编译期常数，而`const`表示运行时常量。C++17引入了内联变量的概念，允许在头文件中定义内联变量，解决了类的静态常量需要有一个定义的问题。此外，C++14引入了变量模板的概念，允许更简洁地表达类型相关的编译期常量。需要注意的是，`constexpr`变量仍然是const常类型。总之，`constexpr`关键字为C++编程带来了更多的编译期计算能力，使得编译期编程变得更加简单和灵活。文章还介绍了`if constexpr`的使用，以及`output_container.h`中的C++语法特性，展示了编译期常量表达式和编译期条件语句的应用，以及容器输出函数的实现。这些新特性对编译期编程有了很大的改进，可以让代码变得更直观。

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李亮亮
我觉得我学习这个专栏只是为了能看懂这些新特性，写是写不出来，规则太多太复杂了。
作者回复: 很少需要自己写的。就像学了微积分大部分人也没机会用一样😂。但一点都看不懂也是会很有问题的。
2019-12-30

11
czh
老师好，有个小疑问，文中提到： “上一讲的结尾，我们给出了一个在类型参数 C 没有 reserve 成员函数时不能编译的代码：” 这里提到使用 if constexpr，可以解决上述问题。这里没有过多的解释，我理解是：使用if constexpr之后，如果没有reserve成员，那就会在编译期跳过这个if中的内容，因此不会检查container.reserve()。不知道理解是否正确？
作者回复: 对。一般的 if 是运行期条件语句；if constexpr 是编译期条件语句。
2020-02-04
2
9
geek
试着回答一下两个思考问题： 1 我认为不用consexpr,就要用enable_if，类似于上一节的append方法那样，在有两种可能情况时，要写两个方法，做标签分发。这种方式的一个推广就是：有多少种可能，就要写多少个对应的分发方法。 2 不用constexpr的缺点，就是代码冗余而且不易读。那么用constexpr的优点就是代码无冗余，易读。
作者回复: 嗯。再补充一个，如果你有n个不同的静态条件，你需要分发的函数数量是 2^n。🤓
2021-03-08
2
2
Jerry Tan
您好老师, 请问想学C++ 您有什么比较好的推荐的开发工具吗谢谢
作者回复: 第 21 讲会讨论一点工具。不过你指的是什么工具呢？……如果你用 Windows，就从 Visual Studio 的免费 Community 版开始吧。
2019-12-30
5
2
Slience-0°C
常量区分编译期？和运行期？
作者回复: 对，这是很重要的一个概念。能编译期确定的东西才能做编译期计算。
2022-02-18

1
Slience-0°C
老师好，现代C++如何优雅的定义字符串常量？直接使用const std::string var = "xxxx "有些静态代码检查工具会提示可能会抛出无法捕获的异常！
作者回复: 像你这种用法可以考虑用 std::string_view。可参考我这个知乎回答： https://www.zhihu.com/question/483774144/answer/2251359893
2022-02-18

1
心态正常
吴老师，您好，有个问题想请教一下，文章开头的两个示例我在centos8上使用g++ 8.3.1的编译器编译通过了，因为没有用到constexpr的特性，预期在int a[n]这一行会报错，但是实际上并没有给出错误，这是编译器做了优化处理吗？
作者回复: 是可以过的。只有第三个例子，模板参数，才会要求特别严。不是考大家知道哪些行哪些不行。正如下面写的：“这些问题的答案不直观。”
2021-04-26

1
清水
吴老师，你好，请教个问题 constexpr int factorial(int n) { if (n == 0) { return 1; } else { return n * factorial(n - 1); } } 如果constexpr 修饰函数这样是编译不过的，提示not a return-statement (至少c++11不行) 没有尝试过是否其他编译器多行编译通过如果修改为一行表达式是没问题的，那么这是constexpr关键字用法要求还是其他原因导致？
作者回复: 编译器太老，升级到至少支持C++14的编译器，比如GCC 7。 GCC 6也许也可以，但我没有环境。毕竟，现在GCC已经发布10.2了。这门课程期望你用GCC 7以上的编译器。
2021-01-14

1
talor
您好， constexpr int a = 42; constexpr const int& b = a; 这个例子编译不过，编译器是gcc 10.2.1
作者回复: 我大概知道你的问题了。这两句是不能放在函数体里的。constexpr 引用只能绑定到全局变量上。
2020-08-30

1
g_boshu
吴老师您好，我对以下代码有点儿疑惑： // Type trait to detect std::pair template <typename T> struct is_pair : std::false_type {}; template <typename T, typename U> struct is_pair<std::pair<T, U>> : std::true_type {}; template <typename T> inline constexpr bool is_pair_v = is_pair<T>::value; template <typename T, typename U> struct is_pair<std::pair<T, U>>: std::true_type {}; 看着应该是一个偏特化，模板的参数却变多了，一般偏特化不应该是参数变少吗？谢谢
作者回复: 是偏特化。没有规定说偏特化一定参数更少啊。
2020-04-01

1

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