c++11 constxpr，編譯階段就計算出結果

總覽

• constexpr

  • 修飾變量,變量必須在執行前確認.

  • 修飾函數,表示入參和出參可能在編譯前確認.

• 函數

  • constexpr修飾的函數裏面的都應該是constexpr.讓編程更加靈活.

  • 如果不是,就可以值能普通函數用.

  • 返回值不是const,僅僅用於修飾.

• 變量

  • const類型的變量,執行前確認值.

  • 可能放在只讀區域.

  • constexpr是const的加強版.

constexpr修飾的變量

• 核心

  • 執行前必須能確認值.一般最晚鏈接前,共享庫可以是加載.即虛擬地址也是可以的.

  • constexpr也是const類型,不能改. const的加強版本.

• 編譯時明確的好處

  • 數據可以存在只讀區.嵌入式開發感知更強.

  • 可以用在需要完整常量表達式的場合. 還能做一下簡單計算.

• 編譯器使用場景

  int main() {
     const int x = 5;
     int s[x];
  }
  

  • 指定數組長度.

  #include <array>
  int main() {
     constexpr int len = sizeof(int);
     std::array<int,len> a;
  }
  

  • 作爲模板參數.

  #include <array>
  int main() {
     constexpr int len = sizeof(int);
     enum class T {
         START=len,
         MID,
         END
     };
  }
  

  • 給枚舉類型賦值.

  #include <array>
  constexpr int len = sizeof(int);
  
  struct alignas(len) T {
     char s[10];
     int a;
  };
  
  int main() {
     T a;
  }
  

  • 指定字節對齊

  • 等等,其他場景都可以.

• const

  • 僅僅修飾變量不可變.

  • 不要求編譯時知道.

constexpr修飾的函數

• 核心

  • 僅僅時修飾: 入參都是constexpr的時候可能會生成constexpr的數據. 即編譯前知曉.

  • 傳入非constexpr類型的數據,則普通函數使用,返回值不是const. 這裏和返回值類型無關.

• 技巧

  • 肯定可以輸出constexpr結果的函數,可以當成constexpr修飾的變量使用.

• B內存總是A內存的平方

  #include<array>
  constexpr int getSize(int n) {
     return n * n;
  }
  
  int main() {
     constexpr int len = 10;
     std::array<int,len> a;
     std::array<int,getSize(len)> b;
  }
  

  • 模板類型必須在編譯時確認,就需要藉助constexpr.

  • 入參是constexpr,返回值也是.

• c++11和c++14對constexpr函數的限制

  • C++11只允許有個return.

  • C++14可以有複雜的語句.

• C++11

  #include<array>
  template<typename T> 
  void show(T&& t){
     t.error();
  }
  
  constexpr int getSize(int n) {
     return n ? getSize(n-1) + n : 0;
  }
  
  int main() {
     constexpr int len = 5;
     std::array<int,len> a;
     std::array<int,getSize(len)> b;
     show(b);
  }
  

  • 採用遞歸和三元運算的方式將其複雜化.

  • 這裏的b的類型是with T = std::array<int, 15>&,即0+1+2+3+4+5 == 15.

  • 閱讀性不強.

• C++14允許較複雜的函數

  #include<array>
  template<typename T> 
  void show(T&& t){
     t.error();
  }
  
  constexpr int getSize(int n) {
     int sum = 0;
     for(int i = 0 ; i <= n ; i++ ) {
         sum+=i;
     }
     return sum;
  }
  
  int main() {
     constexpr int len = 5;
     std::array<int,len> a;
     std::array<int,getSize(len)> b;
     show(b);
  }
  

  • c++14得到一樣的結果,但是C++11註釋掉shwo也編不過.

• 提醒

  • constexpr用來修飾函數而已,不修飾返回值,也修飾入參.

• C++14加強

  • 允許class的成員函數和構造也可以用constexpr修飾.

  • c++11只允許修飾函數和內置類型.

• C++14修飾類成員函數

  • 將一些值設置並提前計算出來,不需要在執行的時候再運算.

  #include<array>
  template<typename T> 
  void show(T&& t){
     t.error();
  }
  
  class T {
  public:
     constexpr int getSize(int n) {
         int sum = 0;
         for(int i = 0 ; i <= n ; i++ ) {
             sum+=i;
         }
         return sum;
     }
  };
  int main() {
     constexpr int len = 5;
     std::array<int,len> a;
     std::array<int,T().getSize(len)> b;
     show(b);
  }
  

  • 成員函數的方式獲取到了值.

  #include<array>
  template<typename T> 
  void show(T&& t){
     t.error();
  }
  
  class T {
  public:
     constexpr T(int a,int b):a(a),b(b){}
     constexpr int getSize(int n) {
         return a * b * n;
     }
  private:
     int a;
     int b;
  };
  int main() {
     constexpr int len = 5;
     std::array<int,len> a;
     std::array<int,T(2,3).getSize(len)> b;
     show(b);
  }
  

  • array的長度是30. 這裏就是一個constexpr的對象,複雜類型,而非基礎類型.

  • 三個涉及到的元素都是constexpr類型.

• 對象constexpr

  • 即若干個constexpr類型的數據的組合.

  • 成員函數則是藉助了constexpr,即若干個constexpr作爲入參的函數.

  #include<array>
  template<typename T> 
  void show(T&& t){
     t.error();
  }
  
  class T {
  public:
     constexpr T(int a,int b):a(a),b(b){}
     constexpr int getSize(int n) const noexcept {
         return a * b * n;
     }
  private:
     int a;
     int b;
  };
  int main() {
     constexpr int len = 5;
     constexpr T t{2,3};
     std::array<int,len> a;
     std::array<int,t.getSize(len)> b;
     show(b);
  }
  

  • 對象調用函數的結果作爲模板入參完成.

• 注意

  • 編譯器做了這些計算工作,所以編譯時間會稍微長一點.

總結

• 對於變量,能用constexpr就儘量使用.

• constexpr可以讓編程更加靈活,在很多場景中發光發熱.

• 和宏定義打交道的地方,應該就可以用到constexpr.

• constexpr修飾的函數,如果發生修改,可能會因爲其他人的使用導致編譯失敗.(開閉原則)