constexpr
- 指定变量或函数的值可在常量表达式中出现
解释
constexpr
说明符声明可以在编译时求得函数或变量的值。然后这些变量和函数(若给定了合适的函数实参)即可用于仅允许编译时常量表达式之处。用于对象或非静态成员函数 (C++14 前)声明的 constexpr 说明符蕴含 const。用于函数声明的 constexpr 说明符或 static 成员变量 (C++17 起)蕴含 inline。若函数或函数模板的任何声明拥有 constexpr
说明符,则每个声明必须都含有该说明符。
constexpr 变量必须满足下列要求:
- 其类型必须是字面类型 (LiteralType) 。
- 它必须被立即初始化
- 其初始化的全表达式,包括所有隐式转换、构造函数调用等,都必须是常量表达式
- - 它必须拥有常量析构,即: - - 它既非类类型亦非其(可能多维的)数组,或、 - 它是类类型或其(可能多维的)数组,该类类型拥有 constexpr 析构函数,而对于仅有的作用为销毁该对象的虚设表达式 e ,假如认为该对象与其非 mutable 子对象(但非其 mutable 子对象)的生存期始于 e 内,则 e 会是核心常量表达式。 | (C++20 起) |
constexpr 函数必须满足下列要求:
- - 它必须非虚 | (C++20 前) |
- - 它必须不是协程 | (C++20 起) |
- 其返回类型(若存在)必须是字面类型 (LiteralType)
- 其每个参数都必须是字面类型 (LiteralType)
- 对于构造函数与析构函数 (C++20 起),该类必须无虚基类
- 至少存在一组实参值,使得函数的一个调用为核心常量表达式的被求值的子表达式(对于构造函数为足以用于常量初始化器) (C++14 起)。不要求对这点的诊断。
- - 其函数体必须不是函数 try 块 | (C++20 前) |
- - 函数体必须被弃置或预置,或只含有下列内容: - - 空语句(仅分号) - static_assert 声明 - 不定义类或枚举的 typedef 声明及别名声明 - using 声明 - using 指令 - 恰好一条 return 语句,若函数不是构造函数。 | (C++14 前) | ||
- - 函数体必须不含: - - goto 语句 - 拥有除 case 和 default 之外的标号的语句
| (C++14 起) |
函数体非 =delete; 的 constexpr 构造函数必须满足下列额外要求:
- - 对于 class 或 struct 的构造函数,每个子对象和每个非变体非 static 数据成员必须被初始化。若类是联合体式的类,对于其每个非空匿名联合体成员,必须恰好有一个变体成员被初始化 - 对于非空 union 的构造函数,恰好有一个非静态数据成员被初始化 | (C++20 前) |
- 每个被选用于初始化非静态成员和基类的构造函数必须是 constexpr 构造函数。
析构函数不能为 constexpr ,但能在常量表达式中调用平凡析构函数。 | (C++20 前) |
函数体非 =delete; 的 constexpr 析构函数必须满足下列额外要求: - - 每个用于销毁非静态数据成员与基类的析构函数必须为 constexpr 析构函数。 | (C++20 起) |
对于 constexpr 函数模板和类模板的 constexpr 函数成员,必须至少有一个特化满足上述要求。其他特化仍被认为是 constexpr,尽管常量表达式中不能出现这种函数的调用。
注解
因为 noexcept 运算符始终对常量表达式返回 true ,故它可用于检查具体特定的 constexpr 函数调用是否采用常量表达式分支:
| (C++17 前) |
constexpr 构造函数允许用于非字面类型的类。例如,std::unique_ptr 的默认构造函数是 constexpr,允许常量初始化。
引用变量可声明为 constexpr(其初始化器必须是引用常量表达式):
- static constexpr int const& x = 42; // 到 const int 对象的 constexpr 引用
- // (该对象拥有静态存储期,因为 static 引用续命)
尽管在 constexpr 函数中允许 try 块与内联汇编,常量表达式中仍然不允许抛异常或执行汇编。 若 constexpr 变量拥有常量析构,则无需为调用其析构函数而生成机器码。 | (C++20 起) |
关键词
示例
计算阶乘的 C++11 constexpr 函数的定义,及扩展字符串字面量的字面类型:
运行此代码
- #include <iostream>
- #include <stdexcept>
- // C++11 constexpr 函数使用递归而非迭代
- // (C++14 constexpr 函数可使用局部变量和循环)
- constexpr int factorial(int n)
- {
- return n <= 1? 1 : (n * factorial(n - 1));
- }
- // 字面类
- class conststr {
- const char* p;
- std::size_t sz;
- public:
- template<std::size_t N>
- constexpr conststr(const char(&a)[N]): p(a), sz(N - 1) {}
- // constexpr 函数通过抛异常来提示错误
- // C++11 中,它们必须用条件运算符 ?: 这么做
- constexpr char operator[](std::size_t n) const
- {
- return n < sz ? p[n] : throw std::out_of_range("");
- }
- constexpr std::size_t size() const { return sz; }
- };
- // C++11 constexpr 函数必须把一切放在单条 return 语句中
- // (C++14 无此要求)
- constexpr std::size_t countlower(conststr s, std::size_t n = 0,
- std::size_t c = 0)
- {
- return n == s.size() ? c :
- 'a' <= s[n] && s[n] <= 'z' ? countlower(s, n + 1, c + 1) :
- countlower(s, n + 1, c);
- }
- // 输出要求编译时常量的函数,用于测试
- template<int n>
- struct constN
- {
- constN() { std::cout << n << '\n'; }
- };
- int main()
- {
- std::cout << "4! = " ;
- constN<factorial(4)> out1; // 在编译时计算
- volatile int k = 8; // 不允许使用 volatile 者优化
- std::cout << k << "! = " << factorial(k) << '\n'; // 运行时计算
- std::cout << "the number of lowercase letters in \"Hello, world!\" is ";
- constN<countlower("Hello, world!")> out2; // 隐式转换到 conststr
- }
输出:
- 4! = 24
- 8! = 40320
- the number of lowercase letters in "Hello, world!" is 9
缺陷报告
下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。
DR | 应用于 | 出版时的行为 | 正确行为 |
---|---|---|---|
CWG 1911 | C++14 | 不允许对于非字面类型的 constexpr 构造函数 | 在常量初始化中允许 |
CWG 2004 | C++14 | 在常量表达式中允许复制/移动有 mutable 成员的联合体 | 去除 mutable 变体隐式复制/移动的资格 |
CWG 2163 | C++14 | 尽管 goto 在 constexpr 函数中被禁止,标号却得到允许 | 标号也被禁止 |
CWG 2268 | C++14 | cwg 2004 曾禁止了复制/移动有 mutable 成员的联合体 | 若该对象在常量表达式中创建,则允许 |
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