C++ Constexpr

在 C++ 11 中，引入了一个名为 constexpr 的特性。其基本概念是通过在编译时而非运行时执行计算来提高软件性能。值得注意的是，消费者通常在开发人员完成编译和最终确定软件后多次运行它。目标是投入编译时间，同时节省运行时时间（类似于模板元编程）。Constexpr 表示对象或函数的值可以在编译时确定，并且该表达式可以用于其他常量表达式。

输出

200
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Process executed in 1.11 seconds
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const 限定符让程序员和编译器知道我们打算让变量是只读的，并且任何修改它的尝试都会导致编译错误。

在指示常量方面，constexpr 等同于 const。它也是不可变的。Const 的不同之处在于，根据我们初始化它的方式，它可以在编译时和运行时进行评估。

说明

• C++ 11 中的 constexpr 函数应该只有一个 return 语句。在 C++ 14 中，允许多个语句。
• constexpr 函数只能与常量全局变量一起使用。
• constexpr 函数只能调用其他 constexpr 函数，而不能调用普通函数。
• 函数的类型不应该是 void。
• C++11 中不允许 constexpr 函数前缀递增 (++v)；然而，此限制在 C++14 中已取消。

编写一个只返回给定整数乘积的 constexpr 函数可能看起来毫无意义。除了性能提升之外，这个特性的用途还可以在哪里找到？

• 此特性的主要好处是它使我们能够使用函数评估编译时常量。通过这种方式，我们可以在编译时计算数组的大小，这在以前是不可行的。

输出

6
……..
Process executed in 1.11 seconds
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将设备从一个系统转换到另一个系统是另一个实际用例。例如，尽管大多数人觉得使用角度以度为单位更简单，但 C/C++ 中的三角函数接受以弧度为单位的角度。因此，我们可以将 ConvertDegreeToRadian() 方法定义为 constexpr，而不会牺牲代码的清晰性或效率。

输出

Angle in radian: 1.5708
………………………………….
Process executed in 0.11 seconds
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Constexpr 与内联函数

Constexpr 性能提升示例

// 一个演示 constexpr 用法的 C++ 程序

输出

832040
………….
Process executed in 0.003 seconds
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如果我们从下面一行中删除 const，那么 fib(5) 的值不会在编译时进行评估，因为 constexpr 的结果没有在 const 表达式中使用。上述程序在 GCC 上运行时间为 0.003 秒（我们可以使用 time 命令测量时间）。

在进行上述修改后，程序的执行时间增加了 0.017 秒。

构造函数和 constexpr： 用 constexpr 说明符声明的构造函数被认为是 constexpr 构造函数。构造函数和对象也可以使用 constexpr 创建。constexpr 的构造函数被隐式地内联。

constexpr 用法的构造函数限制

• 缺少虚基类
• 每个参数都必须是字面量。
• 函数不是 try-block 函数。

输出

200
……..
Process executed in 0.17 seconds
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Constexpr 与 const

它们具有不同的功能。Const 用于几乎不变的事物，如 Pi 的值，而 constexpr 主要用于效率。成员方法可以使用其中任何一个。为了防止对函数进行意外修改，成员方法被转换为 const。相反，constexpr 的目的是在构建时计算表达式，从而在执行代码时节省时间。Constexpr 可以与成员和非成员函数一起使用，包括构造函数，而 const 只能与非静态成员函数一起使用。然而，有一个要求是参数和返回类型必须是字面量类型。