C++ constexp vs const

Gold_stein發表於2024-10-20
C++

C++ constexp vs const

constexpr 是在 C++11 標準中引入的關鍵字，目的是為編譯時常量提供更強大的支援。它允許某些表示式在 編譯期進行求值，從而提高效能和最佳化能力。下面詳細說明它與 const 的區別。

constexpr 和 const 的區別

特性 constexpr const
引入版本 C++11 C++ 語言的早期版本
常量求值時間 編譯時（如果可能） 執行時常量
使用範圍 變數、函式、建構函式 變數
可變性 只能用於完全確定的編譯期常量 執行時不能改變
適用性 可用於定義常量函式和複雜計算 主要用於變數宣告

1. 編譯期 vs. 執行期

  • constexpr 確保一個變數、表示式或函式能在 編譯期完成求值（如果表示式足夠簡單）。
  • const 只保證變數的值在執行時不可變，但不一定是在編譯時確定的。

示例：

constexpr double pi = 3.14159;  // 編譯期求值
const double runtime_pi = 3.14159;  // 執行時常量

int main() {
    constexpr int x = 5 * 5;  // 編譯期計算
    const int y = x * 2;      // 執行時計算也可以，但不保證在編譯期完成
    return 0;
}
  • 在這個例子中，pi 和 x 是 編譯期常量，但 y 只被宣告為 執行時常量。

2. constexpr 函式

C++11 引入了 constexpr 函式，它允許函式在編譯期進行求值。

示例：constexpr 函式

constexpr int square(int x) {
    return x * x;
}

int main() {
    constexpr int value = square(5);  // 在編譯期求值
    const int runtime_value = square(10);  // 在執行期求值
    return 0;
}
  • square(5) 會在編譯期求值，而 square(10) 由於依賴於執行時輸入，只能在執行時求值。

3. 什麼時候使用 constexpr？

  • 需要編譯期常量：用於陣列大小、模板引數等必須在編譯期確定的地方。
  • 提高效能：減少不必要的執行時計算。
  • 複雜的常量表示式：constexpr 支援呼叫其他 constexpr 函式。

示例：constexpr 陣列大小

constexpr int getSize() {
    return 10;
}

int array[getSize()];  // 陣列大小必須在編譯期確定

4. 相容性問題

由於 constexpr 是 C++11 引入的關鍵字，在較老的編譯器（如 POJ 上的 G++ 可能只支援 C++98 或 C++03）中會導致編譯錯誤。在這種情況下，你需要將 constexpr 替換為 const，但要注意這可能會導致某些編譯期計算改為執行時計算。

總結

  • constexpr 用於定義編譯期常量，可以用於變數、函式、建構函式，確保在編譯期完成求值。
  • const 僅保證變數在執行時不可變，但它的值可能需要在執行時計算。
  • 如果你在一個需要支援較老版本編譯器的平臺上（如 POJ），應避免使用 constexpr，改用 const 來保持相容性。

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