C++的constexpr

constexpr是C++11引入的关键字，用于定义在编译时求值的常量表达式。它可以修饰函数、对象和模板参数，并要求其在编译时就能够得到计算结果。

使用constexpr有以下几个好处：

1. 编译时求值：constexpr可以在编译时进行求值，避免了运行时的计算开销，提高程序的性能和效率。
2. 常量折叠：当使用constexpr定义多个常量并进行计算时，编译器会尝试在编译时将它们合并为一个常量，以进一步优化代码。
3. 宏替代：使用constexpr可以取代宏，在编译时执行计算和逻辑操作，避免了宏带来的一些问题（如类型安全性和可读性）。

需要注意的是，constexpr要求表达式在编译时能够被求值，因此有一些限制条件：

• 表达式必须是编译时常量，不能依赖于运行时数据。
• 函数体内只能包含一些简单的逻辑和控制结构，不能有运行时副作用。

①声明变量

变量value被声明为constexpr，它被编译器视为一个常量表达式，可以在编译时进行求值。

constexpr int value = 42;

②声明函数

通过在函数声明中使用constexpr关键字，可以指示编译器在编译时对函数进行求值，并在需要时将其结果作为常量使用。

示例：

constexpr int factorial(int n) {
    return (n == 0) ? 1 : (n * factorial(n - 1));
}

constexpr int result = factorial(5); // 在编译时就能得到结果，result的值为120

③声明对象

constexpr还可以用于声明对象，这样的对象在编译时就被视为常量。它们必须满足以下要求：

• 类型本身是字面值类型，或者是具有字面值类型成员且所有成员都是constexpr的。
• 构造函数必须是constexpr的，用于在编译时初始化对象。

示例：

struct Point {
    int x;
    int y;
    constexpr Point(int a, int b) : x(a), y(b) {}
};

constexpr Point p(3, 4); // 在编译时初始化对象p，其成员x为3，y为4

④用于模板参数

在C++14中，constexpr可以用于模板参数，以允许在编译时进行模板实例化。这样可以提供更灵活的模板编程功能。

template <int N>
constexpr int getFactorial() {
    return (N == 0) ? 1 : (N * getFactorial<N - 1>());
}

constexpr int result = getFactorial<5>(); // 在编译时计算阶乘，result的值为120

需要注意的是，在C++11中，对于constexpr函数和对象，编译器的要求比较严格，限制了函数的复杂性和对象的初始化方式。但是，随着C++14和C++17的发布，对constexpr的限制逐渐放宽，允许使用更复杂的控制流语句、递归调用和局部变量等，提供了更大的灵活性。