constexpr

constexpr是C++11引入的關鍵字，用於編譯時的常數與常數函式。

宣告為constexpr函式的意義是：如果其參數均為合適的編譯時期常數，則對這個constexpr函式的呼叫就可用於期望常數表達式的場合（如模板的非類型參數，或列舉（enum）常數的值）。如果參數的值在執行時期才能確定，或者雖然參數的值是編譯時期常數，但不符合這個函式的要求，則對這個函式呼叫的求值只能在執行時期進行。

簡介

C++編譯時可確定常數表達式的結果，因此可在編譯時最佳化。C++規範在一些地方要求使用常數表達式，如宣告陣列的維度。但常數表達式不允許包含函式呼叫或者對象構造。因此下述程式碼無效：

int get_five() {return 5;}

int some_value[get_five() + 7]; // 创建包含12个整数的数组. C++03中非法，因为get_five() + 7不是常量表达式

C++11引入了關鍵字constexpr，允許程式設計者保證函式或對象的建構式是編譯時常數。上述程式碼可以覆寫為：

constexpr int get_five() {return 5;}

int some_value[get_five() + 7]; // Create an array of 12 integers. Valid C++11

constexpr函式必須滿足下述限制：

• 函式回傳值不能是void型別
• 函式體不能宣告變數或定義新的型別
• 函式體只能包含宣告、null語句或者一段return語句
• 在形參實參結合後，return語句中的表達式為常數表達式

C++11去掉了const variable必須是整數型別（Integral Type）或者列舉型別的限制，只要是用於關鍵字constexpr定義即可：

constexpr double earth_gravitational_acceleration = 9.8;
constexpr double moon_gravitational_acceleration = earth_gravitational_acceleration / 6.0;

這些variable必須用常數表達式初始化。

為建構使用者定義類型的常數表達式，建構式必須用constexpr宣告，函式體僅包含宣告或null語句，不能宣告變數或定義資料型別。因此，建構式的實參值應該是常數表達式，直接初始化類別的資料成員。解構函式是平凡的。類型的複製建構式應該也定義為constexpr，以允許constexpr函式返回一個該類型的對象。類型的成員函式都應該是constexpr。

constexpr函式或建構式的實參值如果不是常數表達式，那麼呼叫行為與結果就不是常數表達式。

C++14放寬了這些限制。宣告為constexpr的函式可以含有以下內容：

• 任何宣告，除了：
  • static或thread_local變數。
  • 沒有初始化的變數宣告。
• 條件分支語句if和switch。
• 所有的迴圈語句，包括基於範圍的for迴圈。
• 表達式可以改變一個對象的值，只需該對象的生命週期在宣告為constexpr的函式內部開始。包括對有constexpr宣告的任何非const非靜態成員函式的呼叫。

goto仍然不允許在constexpr函式中出現。

constexpr支援編譯時期的遞迴。例如，可以寫一個constexpr函式計算斐波那契數列。

此外，C++11指出，所有被宣告為constexpr的非靜態成員函式也隱含宣告為const（即函式不能修改*this的值）。C++14已經刪除此點，非靜態成員函式可以為非const。

範例程式碼

// C++98/03
template <int N>
struct Factorial_Cpp03
{
    const static int value = N * Factorial_Cpp03<N - 1>::value;
};
template <>
struct Factorial_Cpp03<0>
{
    const static int value = 1;
};

// C++11
constexpr int factorial_Cpp11(int n)
{
    return n == 0 ? 1 : n * factorial_Cpp11(n - 1);
}

// C++14
constexpr int factorial_Cpp14(int n)
{
    int result = 1;
    for (int i = 1; i <= n; ++i)
        result *= i;
    return result;
}

int main()
{
    static_assert(Factorial_Cpp03<3>::value == 6, "error");
    static_assert(factorial_Cpp11(3) == 6, "error");
    static_assert(factorial_Cpp14(3) == 6, "error");
    return 0;
}