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  • constexper和常量表达式

    常量表达式(const expression)是指值不会改变并且在编译过程就能得到计算结果的表达式。显然,字面值属于常量表达式,用常量表达式初始化的 const 对象也是常量表达式。

    一个对象(或表达式)是不是常量表达式由它的数据类型和初始值共同决定,例如:

    const int max_files = 20;         // max_file是常量表达式
    const int limit = max_file + 1;   // limit是常量表达式
    int staff_size = 27;              // staff_size不是常量表达式
    const int sz = get_size()         // sz不是常量表达式
    

    尽管 staff_size的初始值是个字面值常量,但由于它的数据类型只是一个普通int 而非 const int,所以它不属于常量表达式。另一方面,尽管 sz 本身是一个常量,但它的具体值直到运行时才能获取到,所以也不是常量表达式。

    constexpr变量

    在一个复杂系统中,很难(几乎肯定不能)分辨一个初始值到底是不是常量表达式。当然可以定义一个 const 变量并把它的初始值设为我们认为的某个常量表达式,但在实际使用时,尽管要求如此却常常发现初始值并非常量表达式的情况。可以这么说,在此种情况下,对象的定义和使用根本就是两回事儿。

    C++11新标准规定,允许将变量声明为 constexpr 类型以便由编译器来验证变量的值是否是一个常量表达式。声明为 constexpr 的变量一定是一个常量,而且必须用常量表达式初始化:

    constexpr int mf = 20;         // 20是常量表达式
    constexpr int limit = mf + 1;  // mf + 1是常量表达式
    constexpr int sz = size();     // 只有当size是一个constexpr函数时才是正确的
    

    尽管不能使用普通函数作为 constexpr 变量的初始值,但是新标准允许定义一种特殊的 constexpr 函数。这种函数应该足够简单以使得编译时就可以计算其结果,这样就能用 constexpr 函数去初始化 constexpr变量了。

    一般来说,如果你认定变量是一个常量表达式,那就把它声明成 constexpr类型。

    字面值类型

    常量表达式的值需要在编译时就得到计算,因此对声明 constexpr 时用到的类型必须有所限制。因为这些类型一般比较简单,值也显而易见、容易得到,就把它们称为"字面值类型"(literal type)。

    到目前为止接触过的数据类型中,算术类型、引用和指针都属于字面值类型。

    自定义类 Sales_item、IO 库、string 类型则不属于字面值类型,也就不能被定义成 constexpr。

    尽管指针和引用都能定义成 constexpr,但它们的初始值却受到严格限制。

    一个 constexpr指针的初始值必须是nullptr或者0,或者是存储于某个固定地址中的对象。

    函数体内定义的变量一般来说并非存放在固定地址中,因此 constexpr指针不能指向这样的变量。

    相反的,定义于所有函数体之外的对象其地址固定不变,能用来初始化 constexpr指针。允许函数定义一类有效范围超出函数本身的变量,这类变量和定义在函数体之外的变量一样也有固定地址。因此,constexpr 引用能绑定到这样的变量上,constexpr 指针也能指向这样的变量。

    指针和constexpr

    必须明确一点,在 constexpr明中如果定义了一个指针,限定符 constexpr仅对指针有效,与指针所指对象无关:

    const int *p = nullptr;       // p是一个指向整型常量的指针
    constexpr int *q = nullptr;   // p是一个指向整数的常量指针
    

    p 和q的类型相差甚远,p 是一个指向常量的指针,而q是一个常量指针,其中的关键在于 constexpr 把它所定义的对象置为了顶层 const。

    与其他常量指针类似,constexpr 指针既可以指向常量也可以指向一个非常量

    constexpr int *np = nullptr;  // np是一个指向整数的常量指针,其值为空
    int j = 0;
    constexpr int i = 42;         // i的类型是整型常量  
    //i和j必须定义在函数体之外
    constexpr const int *p = &i;  // p是常量指针,指向整型常量i
    constexpr int *p1 = &j;       // p1是常量指针,指向整数j
    
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