const、constexpr #

先说结论：

const 修饰的变量表示该变量的值不会发生变化，但是不一定能够在编译期间就取得结果。constexpr 修饰的变量，不仅变量值不会发生变化，而且在编译期间就能取得结果。所以如果一个 const 变量能够在编译期间求值，那么它就是一个常量表达式。
constexpr 函数在编译期间求值，所以每次程序运行不会重复计算，使得程序运行更快。但是如果 contexpr 函数中存在无法在编译期间求值的参数，则 constexpr 函数和普通函数一样，此时函数的返回值不是常量表达式。

何为常量 #

常量（constant value），顾名思义就是变量值不会发生变化的变量。C++ 中可以通过 const 定义一个常量。

何为常量表达式 #

满足以下条件的变量即为常量表达式：

变量的值不会发生改变。
编译期间就能够取得结果。

第一条表示变量是一个常量，所以常量表达式一定是一个常量，但是常量不一定是常量表达式。字面值一定是常量表达式。

int a = 4; // 不是常量表达式，因为 a 不是常量
const int b = a; // 不是常量表达式，因为初始值 a 不是常量表达式
const int c = 14; // 是常量表达式，因为 14 是字面值
const int d = c + 1; // 是常量表达式，因为 c + 1 是常量表达式
const int e = getNumer(); // 如果 getNumer() 是普通函数，e 的值要在运行时才能确定，所以不是常量表达式

常量表达式的使用场景：

数组大小
整型模板实参（如 std::array<T,N> 的长度参数 N）
switch-case 中 case 标签
枚举量的值
对齐规格

constexpr 关键字 #

通过上面的例子可以看出，判断一个 const 对象是否为常量表达式时需要一定的思考过程，如果代码很复杂，判断难度会越来越高。所以 C++11 允许把变量声明为 constexpr 类型，利用编译器取保证变量为常量表达式，如果声明为 constexpr 的变量不满足常量表达式的条件，编译将会报错。所以当看到一个变量声明为 constexpr 时，那么它一定是常量表达式。

int getValue() {
    return 4;
}

int main()
{
    constexpr int a = 4;
    constexpr int b = getValue(); // error: function call must have a constant value in a constant expression
    return 0;
}

constexpr 函数 #

可以用 constexpr 声明常量表达式函数，它是指可以用作常量表达式的函数。但是要记住 constexpr 函数不一定返回常量表达式！需要满足：返回类型和所有形参的类型必须是字面值类型（literal type）。除了内置类型，用户自定义的类也可以是字面值类型，因为它的构造函数和成员函数也可以是 constexpr 函数。

只有 constexpr 函数的所有实参都是常量表达式，constexpr 函数的结果才是常量表达式。只要有一个参数值在编译期间未知，那就和普通函数一样，在运行时计算。

constexpr int new_sz() { return 42; }
constexpr int foo = new_sz(); // 正确：foo 是一个常量表达式

constexpr int sum(int a, int b) {
  return a + b;
}

constexpr int i1 = 42;
constexpr int i2 = sum(i1, 52); // 所有参数都是常量表达式，sum 的结果也是常量表达式，在编译期求值

int AddThree(int i) {
  return sum(i, 3); // i 不是常量表达式，此时 sum 作为普通函数使用
}

为了能保证 constexpr 函数在编译时能随时展开计算，constexpr 函数隐式内联。内联函数和 constexpr 函数不同于其他函数，允许定义多次，但要保证所有的定义一致。正因如此，内联函数和 constexpr 函数一般定义在头文件中。

内联函数 #

简单提一下内联函数。可以通过 inline 关键字将函数声明为内联函数。例如：

inline const string& shorterString(const string &s1, const string &s2) {
    return s1.size() <= s2.size() ? s1 : s2;
}

cout << shorterString(s1, s2) << endl;

在编译过程中 cout << shorterString(s1, s2) << endl; 将会被展开成为以下形式：

cout << (s1.size() <= s2.size() ? s1 : s2) << endl;

这样可以消除 shorterString 运行时的开销。

inline 关键字只是向编译器发出一个请求，编译器可以选择忽略这个请求，将函数当作普通函数对待。

（完）