C++11為了提高代碼執(zhí)行效率做了一些改善。這種改善之一就是:生成常量表達(dá)式，允許程序利用編譯時(shí)的計(jì)算能力。假如你熟悉模板元編程，你將發(fā)現(xiàn)constexpr使這一切變得更加簡(jiǎn)單。constexpr使我們很容易利用上編譯時(shí)編程的優(yōu)勢(shì)。
常量表達(dá)式主要是允許一些計(jì)算發(fā)生在編譯時(shí)，即發(fā)生在代碼編譯而不是運(yùn)行的時(shí)候。這是很大的優(yōu)化：假如有些事情可以在編譯時(shí)做，它將只做一次，而不是每次程序運(yùn)行時(shí)。需要計(jì)算一個(gè)編譯時(shí)已知的常量，比如特定值的sine或cosin？確實(shí)你亦可以使用庫(kù)函數(shù)sin或cos，但那樣你必須花費(fèi)運(yùn)行時(shí)的開銷。使用constexpr，你可以創(chuàng)建一個(gè)編譯時(shí)的函數(shù)，它將為你計(jì)算出你需要的數(shù)值，用戶的電腦將不需要做這些工作。
1.constexpr初探
為了使函數(shù)獲取編譯時(shí)計(jì)算的能力，你必須指定constexpr關(guān)鍵字到這個(gè)函數(shù)。
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constexpr int multiply (int x, int y){ return x * y;}// 將在編譯時(shí)計(jì)算const int val = multiply( 10, 10 ); |
除了編譯時(shí)計(jì)算的性能優(yōu)化，constexpr的另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，它允許函數(shù)被應(yīng)用在以前調(diào)用宏的所有場(chǎng)合。
例如，你想要一個(gè)計(jì)算數(shù)組size的函數(shù)，size是10的倍數(shù)。如果不用constexpr，你需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)宏或者使用模板，因?yàn)槟悴荒苡煤瘮?shù)的返回值去聲明數(shù)組的大小。但是用constexpr，你就可以調(diào)用一個(gè)constexpr函數(shù)去聲明一個(gè)數(shù)組。
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constexpr int getDefaultArraySize (int multiplier){ return 10 * multiplier;}int my_array[ getDefaultArraySize( 3 ) ];int a = 4; //非常量表達(dá)式getDefaultArraySize(a); //ok |
constexpr修飾的函數(shù)，簡(jiǎn)單的來說，如果其傳入的參數(shù)可以在編譯時(shí)期計(jì)算出來，那么這個(gè)函數(shù)就會(huì)產(chǎn)生編譯時(shí)期的值。但是，傳入的參數(shù)如果不能在編譯時(shí)期計(jì)算出來，那么constexpr修飾的函數(shù)就和普通函數(shù)一樣了。不過，我們不必因此而寫兩個(gè)版本，所以如果函數(shù)體適用于constexpr函數(shù)的條件，可以盡量加上constexpr。
2.constexpr修飾函數(shù)的限制
一個(gè)constexpr有一些必須遵循的嚴(yán)格要求：
- 函數(shù)中只能有一個(gè)return語句(但允許包含typedefs、 using declaration && directives、靜態(tài)斷言等)
- 只能調(diào)用其它c(diǎn)onstexpr函數(shù)
- 只能使用全局constexpr變量
注意遞歸并不受限制,但只允許一個(gè)返回語句，那如何實(shí)現(xiàn)遞歸呢？可以使用三元運(yùn)算符（?:)。例如，計(jì)算n的階乘：
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constexpr int factorial (int n) { return n > 0 ? n * factorial( n - 1 ) : 1;} |
現(xiàn)在你可以使用factorial(2)，編譯器將在編譯時(shí)計(jì)算這個(gè)值，這種方式運(yùn)行更巧妙的計(jì)算，與內(nèi)聯(lián)截然不同。你無法內(nèi)聯(lián)一個(gè)遞歸函數(shù)。
3.使用編譯時(shí)對(duì)象
constexpr修飾類的構(gòu)造函數(shù)，即保證如果提供給該構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)都是constexpr，那么產(chǎn)生的對(duì)象中的所有成員都會(huì)是constexpr，該對(duì)象也就是constexpr對(duì)象了，可用于各種只能使用constexpr的場(chǎng)合。注意，constexpr構(gòu)造函數(shù)必須有一個(gè)空的函數(shù)體，即所有成員變量的初始化都放到初始化列表中。
假如你有一個(gè)Circle類:
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class Circle{ public: constexpr Circle (int x, int y, int radius) : _x( x ), _y( y ), _radius( radius ) {} constexpr double getArea () { return _radius * _radius * 3.1415926; }private: int _x; int _y; int _radius;}; |
將構(gòu)造函數(shù)和getArea聲明為constexpr，這樣在編譯期間，便能構(gòu)造一個(gè)對(duì)象并能調(diào)用getArea函數(shù)獲得area：
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constexpr Circle c( 0, 0, 10 );constexpr double area = c.getArea(); |
4.constexpr vs const的區(qū)別
假如你將一個(gè)成員函數(shù)標(biāo)記為constexpr，則順帶也將它標(biāo)記為了const。如果你將一個(gè)變量標(biāo)記為constexpr，則同樣它是const的。但相反并不成立，一個(gè)const的變量或函數(shù)，并不是constexpr的。
語義上:
constexpr:告訴編譯器我可以是編譯期間可知的，盡情的優(yōu)化我吧。
const:告訴程序員沒人動(dòng)得了我，放心的把我傳出去；或者放心的把變量交給我，我啥也不動(dòng)就瞅瞅。
語法上:
constexpr是一種比const 更嚴(yán)格的束縛, 它修飾的表達(dá)式本身在編譯期間可知, 并且編譯器會(huì)盡可能的 evaluate at compile time. 在constexpr 出現(xiàn)之前, 可以在編譯期初始化的const都是implicit constexpr. 直到c++ 11, constexpr才從const中細(xì)分出來成為一個(gè)關(guān)鍵字, 而 const從1983年 c++ 剛改名的時(shí)候就存在了... 如果你初學(xué)c++, 應(yīng)當(dāng)盡可能的, 合理的使用constexpr來幫助編譯器優(yōu)化代碼。
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