条款15：尽可能使用constexpr

条款15：尽可能使用 constexpr

constexpr 表示一个值 不仅是常量（const），而且必须在编译期已知（compile-time constant）。

constexpr 对象 vs 函数

用法	描述
constexpr 变量	必须在编译期能被计算，且隐含 const。
constexpr 函数	如果传入编译期常量，结果也会是编译期常量；否则在运行期计算。

constexpr 对象

• 所有 constexpr 对象都是 const。
• 但并非所有 const 对象都是 constexpr（因为 const 对象可以运行期初始化）。

适用场景：

• 数组长度、模板参数、枚举值、对齐修饰符等 需要整型常量表达式（ICE） 的地方。

constexpr int size = 10;
std::array<int, size> arr;  // ✅ 正确，size 是编译期常量

const int runtimeSize = getValue();  // ❌ 非 constexpr
std::array<int, runtimeSize> arr;   // ❌ 编译错误

constexpr 函数

• 如果实参是编译期可知的常量 → 在编译期执行
• 如果实参不是编译期常量 → 像普通函数一样在运行时执行

constexpr int pow(int base, int exp) noexcept {
    return (exp == 0 ? 1 : base * pow(base, exp - 1));
}

C++11 vs C++14 中的 constexpr 限制

C++11 限制	C++14 改进
只能有一条 return 语句	允许多语句、变量定义、循环等
成员函数隐式 const	可以有非常量成员函数（如 setX）
返回类型必须是字面值类型（Literal）	更灵活（支持 void 返回等）

C++14 中更自然的写法：

constexpr int pow(int base, int exp) noexcept {
    int result = 1;
    for (int i = 0; i < exp; ++i) result *= base;
    return result;
}

constexpr 类的构造和成员函数

class Point {
public:
    constexpr Point(double x = 0, double y = 0) noexcept : x(x), y(y) {}
    constexpr double xValue() const noexcept { return x; }
    constexpr double yValue() const noexcept { return y; }
	
    // 可以有非常量成员函数
    constexpr void setX(double newX) noexcept { x = newX; }  // C++14+
    constexpr void setY(double newY) noexcept { y = newY; }  // C++14+

private:
    double x, y;
};

可以在 constexpr 函数中构造对象、访问成员、进行计算：

constexpr Point midpoint(const Point& p1, const Point& p2) noexcept {
    return Point{ (p1.xValue() + p2.xValue()) / 2,
                  (p1.yValue() + p2.yValue()) / 2 };
}

constexpr 的用途示例

• 编译期计算表达式（替代浮点 std::pow）
• 实例化模板参数
• 初始化静态数组长度
• 更高效：常量放入只读内存

注意事项

优点

• constexpr 对象和函数 使用场景更多。
• 编译器可 更早发现错误，还能进行 性能优化（如内联、常量传播等）。

风险

• constexpr 是接口的一部分。
• 一旦加入就不能轻易移除，否则会破坏调用代码。
• 添加调试语句（如 I/O）或异常处理可能使函数不再 constexpr。

设计建议

• 如果函数能 始终在编译期求值，就声明为 constexpr。
• 不要为了 constexpr 而强行写死函数逻辑。
• 对于长期稳定性有要求的接口，谨慎添加 constexpr。

总结

建议	原因
尽可能使用 constexpr	提高函数和变量的适用范围，提升性能与可靠性
优先用于编译期必须常量的位置	如模板参数、数组大小、alignas、枚举值等
C++14 更适合 constexpr 编程	支持更丰富的函数体和返回类型
不盲目添加	一旦添加，影响接口兼容性