C++ 之 constexpr详解

14天阅读挑战赛

enum hack

这是一种很实用的编程的方法，可以利用 enum 的特性促使编译器在编译阶段计算常量表达式的值,如下代码：

#include
using namespace std;
// enum hack
template<int a , int b>
struct add{
    enum{
        x = a + b,
        y = a - b
    };
};

int main(){
	cout << add<5,6>:: x <<endl;
  	cout << add<5,6>:: y <<endl;
}
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生成的中间代码为：

#include
using namespace std;
// enum hack
template<int a, int b>
struct add
{
  enum 
  {
    x = a + b, 
    y = a - b
  };
  
};

/* First instantiated from: insights.cpp:13 */
#ifdef INSIGHTS_USE_TEMPLATE
template<>
struct add<5, 6>
{
  enum 
  {
    x = 5 + 6, 
    y = 5 - 6
  };
  
};

#endif


int main()
{
  std::cout.operator<<(add<5, 6>::x).operator<<(std::endl);
  std::cout.operator<<(add<5, 6>::y).operator<<(std::endl);
  return 0;
}

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C++14中对constexpr进行了大量的改进

constexpr lambdas 表达式

从C++17开始，lambda表达式在条件允许的情况下都会隐式声明为constexpr。
从中可以看出，lambdas 表达式在编译阶段就已经计算出了值。但是要注意constexpr表达式退化的问题（就是退化成普通的函数）

// constexpr lambdas 表达式
constexpr int foo()
{
    return []()
    { return 58; }();
}
auto get_size = [](int i)
{ return i * 2; };
char buffer1[foo()] = {0};
char buffer2[get_size(5)] = {0};
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constexpr 的内联属性

class X {
public:
 static constexpr int num{ 5 };
};
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代码中，num是只有声明没有定义的，虽然我们可以通过std::cout << X::num << std::endl输出其结果，但这实际上是编译器的一个小把戏，它将X::num直接替换为了5。如果将输出语句修改为std::cout << &X::num << std::endl，那么链接器会明确报告X::num缺少定义。但是从C++17开始情况发生了变化，static constexpr int num{5}既是声明也是定义，所以在C++17标准中std::cout << &X::num << std::endl可以顺利编译链接，并且输出正确的结果。值得注意的是，对于编译器而言为X::num产生定义并不是必需的，如果代码只是引用了X::num的值，
那么编译器完全可以使用直接替换为值的技巧。只有当代码中引用到变量指针的时候，编译器才会为其生成定义。

if constexpr

让代码能够根据编译时的条件进行实例化，主要是用于模板编程中。但是要特别注意这两点：
if constexpr的条件必须是编译期能确定结果的常量表达式。
条件结果一旦确定，编译器将只编译符合条件的代码块
入下是实现一个带精度的减法。

#include 
template<class T> bool is_same_value(T a, T b)
{
 if constexpr (std::is_same<T, double>::value) {
 if (std::abs(a - b) < 0.0001) {
 return true;
 }
 else {
 return false;
 }
 }
 else {
 return a == b;
 }
}
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使用 consteval 声明立即函数

constexpr声明函数时并不依赖常量表达式上下文环境，在非常量表达式的环境中，函数可以表现为普通函数。不过有时候，我们希望确保函数在编译期就执行计算，对于无法在编译期执行计算的情况则让编译器直接报错。于是在C++20标准中出现了一个新的概念——立即函数。
其实就是可以理解为constexpr的不可退化版本。

判断常量求值环境

std::is_constant_evaluated是C++20新加入标准库的函数，它用于检查当前表达式是否是一个常量求值环境，如果在一个明显常量求值的表达式中，则返回true；否则返回false。包含在在 头文件中。