什么时候应该在C ++ 11中使用constexpr功能？

在我看来，拥有“总是返回5的函数”正在破坏或削弱“调用函数”的含义。一定有原因或需要此功能，否则C ++ 11中不会存在。为什么在那儿？

// preprocessor.
#define MEANING_OF_LIFE 42

// constants:
const int MeaningOfLife = 42;

// constexpr-function:
constexpr int MeaningOfLife () { return 42; }

在我看来，如果我编写了一个返回文字值的函数，并且进行了代码审查，则有人会告诉我，我应该声明一个常量值，而不是编写return 5。

假设它做了一些复杂的事情。

constexpr int MeaningOfLife ( int a, int b ) { return a * b; }

const int meaningOfLife = MeaningOfLife( 6, 7 );

现在，您可以将一些东西评估为一个常量，同时保持良好的可读性，并且比将常量设置为一个数字可以进行更复杂的处理。

当您在做什么时，它从根本上为维护性提供了良好的帮助。就拿max( a, b )例如：

template< typename Type > constexpr Type max( Type a, Type b ) { return a < b ? b : a; }

这是一个非常简单的选择，但这确实意味着，如果您max使用常量值进行调用，则它是在编译时而不是在运行时显式计算的。

另一个很好的例子是DegreesToRadians函数。每个人都觉得度数比弧度更容易读。虽然您可能知道180度是以弧度为单位，但这样写起来更加清楚：

const float oneeighty = DegreesToRadians( 180.0f );

这里有很多很好的信息：

http://en.cppreference.com/w/cpp/language/constexpr

介绍

constexpr并不是为了告诉实现可以在需要常量表达式的上下文中评估某些东西的方式而引入的；一致的实现能够在C ++ 11之前证明这一点。

实现无法证明的是某段代码的意图：

• 开发人员想用这个实体表达什么？
• 我们是否应该仅仅因为代码恰好起作用而就盲目地在常量表达式中使用代码？

没有这个世界会是constexpr什么？

假设您正在开发一个库，并且意识到您希望能够计算interval中每个整数的总和(0,N]。

int f (int n) {
  return n > 0 ? n + f (n-1) : n;
}

缺乏意图

如果在翻译过程中知道传递的参数，则编译器可以轻松证明上述函数可在常量表达式中调用；但您尚未宣布这是出于意图-碰巧就是这种情况。

现在出现了其他人，读取了您的函数，进行了与编译器相同的分析；“ 哦，这个函数可以在常量表达式中使用！” ，并编写以下代码。

T arr[f(10)]; // freakin' magic

优化

您作为“出色的”库开发人员，决定f在调用时应缓存结果；谁愿意一遍又一遍地计算相同的一组值？

int func (int n) { 
  static std::map<int, int> _cached;

  if (_cached.find (n) == _cached.end ()) 
    _cached[n] = n > 0 ? n + func (n-1) : n;

  return _cached[n];
}

结果

通过引入愚蠢的优化，您打破了恰好在需要常量表达式的情况下使用函数的所有用法。

您从未保证过该函数可以在常量表达式中使用，否则constexpr就无法提供这种保证。

那么，为什么需要constexpr呢？

constexpr的主要用法是声明intent。

如果一个实体没有被标记为constexpr-绝不打算在常量表达式中使用它；即使是这样，我们也依靠编译器来诊断此类上下文（因为它无视我们的意图）。

采取std::numeric_limits<T>::max()：无论出于何种原因，这都是一种方法。constexpr这将是有益的。

std::array再举一个例子：您想声明一个C数组（或一个与另一个数组一样大的数组）。目前执行此操作的方法如下：

int x[10];
int y[sizeof x / sizeof x[0]];

但是能够写会不会更好：

int y[size_of(x)];

感谢constexpr，您可以：

template <typename T, size_t N>
constexpr size_t size_of(T (&)[N]) {
    return N;
}

constexpr函数确实很棒，并且是c ++的重要补充。但是，您的正确之处在于，使用宏可以很好地解决它所解决的大多数问题。

但是，的使用之一constexpr没有C ++ 03等效的类型常量。

// This is bad for obvious reasons.
#define ONE 1;

// This works most of the time but isn't fully typed.
enum { TWO = 2 };

// This doesn't compile
enum { pi = 3.1415f };

// This is a file local lvalue masquerading as a global
// rvalue.  It works most of the time.  But May subtly break
// with static initialization order issues, eg pi = 0 for some files.
static const float pi = 3.1415f;

// This is a true constant rvalue
constexpr float pi = 3.1415f;

// Haven't you always wanted to do this?
// constexpr std::string awesome = "oh yeah!!!";
// UPDATE: sadly std::string lacks a constexpr ctor

struct A
{
   static const int four = 4;
   static const int five = 5;
   constexpr int six = 6;
};

int main()
{
   &A::four; // linker error
   &A::six; // compiler error

   // EXTREMELY subtle linker error
   int i = rand()? A::four: A::five;
   // It not safe use static const class variables with the ternary operator!
}

//Adding this to any cpp file would fix the linker error.
//int A::four;
//int A::six;

根据我的阅读，对constexpr的需求来自元编程中的一个问题。特性类可能具有表示为函数的常量，请考虑：numeric_limits :: max（）。使用constexpr，这些类型的函数可用于元编程，或用作数组边界等。

我想到的另一个例子是，对于类接口，您可能希望派生类型为某些操作定义它们自己的常量。

编辑：

反复研究SO之后，似乎其他人提出了一些 有关constexprs可能实现的示例。

摘自Stroustrup在“ Going Native 2012”上的演讲：

template<int M, int K, int S> struct Unit { // a unit in the MKS system
       enum { m=M, kg=K, s=S };
};

template<typename Unit> // a magnitude with a unit 
struct Value {
       double val;   // the magnitude 
       explicit Value(double d) : val(d) {} // construct a Value from a double 
};

using Speed = Value<Unit<1,0,-1>>;  // meters/second type
using Acceleration = Value<Unit<1,0,-2>>;  // meters/second/second type
using Second = Unit<0,0,1>;  // unit: sec
using Second2 = Unit<0,0,2>; // unit: second*second 

constexpr Value<Second> operator"" s(long double d)
   // a f-p literal suffixed by ‘s’
{
  return Value<Second> (d);  
}   

constexpr Value<Second2> operator"" s2(long double d)
  // a f-p literal  suffixed by ‘s2’ 
{
  return Value<Second2> (d); 
}

Speed sp1 = 100m/9.8s; // very fast for a human 
Speed sp2 = 100m/9.8s2; // error (m/s2 is acceleration)  
Speed sp3 = 100/9.8s; // error (speed is m/s and 100 has no unit) 
Acceleration acc = sp1/0.5s; // too fast for a human

constexpr构造函数是另一个用途（尚未提及）。这样就可以创建在运行时不必初始化的编译时间常数。

const std::complex<double> meaning_of_imagination(0, 42); 

将其与用户定义的文字配对，即可完全支持文字的用户定义类。

3.14D + 42_i;

元编程曾经有一个模式：

template<unsigned T>
struct Fact {
    enum Enum {
        VALUE = Fact<T-1>*T;
    };
};

template<>
struct Fact<1u> {
    enum Enum {
        VALUE = 1;
    };
};

// Fact<10>::VALUE is known be a compile-time constant

我相信 constexpr介绍是为了让您无需模板和带有专门化，SFINAE和其他东西的怪异结构而编写这样的结构-但就像您编写运行时函数一样，但是可以保证在编译时确定结果-时间。

但是，请注意：

int fact(unsigned n) {
    if (n==1) return 1;
    return fact(n-1)*n;
}

int main() {
    return fact(10);
}

进行编译g++ -O3，您将看到fact(10)确实在编译时已散发！

可以识别VLA的编译器（因此C99模式下的C编译器或具有C99扩展名的C ++编译器）甚至可以允许您执行以下操作：

int main() {
    int tab[fact(10)];
    int tab2[std::max(20,30)];
}

但是目前它是非标准的C ++- constexpr似乎可以解决这个问题（在上述情况下甚至没有VLA）。仍然存在需要将“形式”常量表达式作为模板参数的问题。

刚刚开始将项目切换到c ++ 11，并且遇到了constexpr的一个非常好的情况，它清除了执行相同操作的替代方法。这里的关键点是，只有在将函数声明为constexpr时，才能将其放入数组大小的声明中。在许多情况下，我可以看到我在涉及的代码领域中前进非常有用。

constexpr size_t GetMaxIPV4StringLength()
{
    return ( sizeof( "255.255.255.255" ) );
}

void SomeIPFunction()
{
    char szIPAddress[ GetMaxIPV4StringLength() ];
    SomeIPGetFunction( szIPAddress );
}

所有其他答案都很棒，我只想举一个很酷的例子，说明您可以用constexpr做到的一件令人惊奇的事情。See-Phit（https://github.com/rep-movsd/see-phit/blob/master/seephit.h）是一个编译时HTML解析器和模板引擎。这意味着您可以放入HTML并取出可以操纵的树。在编译时完成解析可以为您带来一些额外的性能。

从github页面示例中：

#include <iostream>
#include "seephit.h"
using namespace std;



int main()
{
  constexpr auto parser =
    R"*(
    <span >
    <p  color="red" height='10' >{{name}} is a {{profession}} in {{city}}</p  >
    </span>
    )*"_html;

  spt::tree spt_tree(parser);

  spt::template_dict dct;
  dct["name"] = "Mary";
  dct["profession"] = "doctor";
  dct["city"] = "London";

  spt_tree.root.render(cerr, dct);
  cerr << endl;

  dct["city"] = "New York";
  dct["name"] = "John";
  dct["profession"] = "janitor";

  spt_tree.root.render(cerr, dct);
  cerr << endl;
}

您的基本示例与常量本身的说法相同。为什么使用

static const int x = 5;
int arr[x];

过度

int arr[5];

因为它更易于维护。与现有的元编程技术相比，使用constexpr的写入和读取速度要快得多。

它可以启用一些新的优化。 const传统上是对类型系统的提示，并且不能用于优化（例如，const成员函数const_cast无论如何const都可以合法地修改对象，因此不能被信任进行优化）。

constexpr表示表达式确实是常量，前提是该函数的输入为const。考虑：

class MyInterface {
public:
    int GetNumber() const = 0;
};

如果这是在其他模块中公开的，则编译器无法相信GetNumber()每次调用时都不会返回不同的值-即使连续两次，也不会在它们之间进行任何非const调用-因为const也可能已经在实现中抛弃了。（显然，任何这样做的程序员都应该受到枪击，但是语言允许这样做，因此编译器必须遵守规则。）

新增constexpr：

class MyInterface {
public:
    constexpr int GetNumber() const = 0;
};

编译器现在可以在GetNumber()缓存返回值的地方进行优化，并消除对的其他调用GetNumber()，因为这constexpr是对返回值不会改变的有力保证。

何时使用constexpr：

1. 只要有编译时间常数。

对于类似的东西很有用

// constants:
const int MeaningOfLife = 42;

// constexpr-function:
constexpr int MeaningOfLife () { return 42; }

int some_arr[MeaningOfLife()];

用特质类之类将其绑定在一起，它将变得非常有用。