constexpr 是一種在編譯時進行計算的機制，旨在提升運行時性能。1. constexpr 函數(shù)需足夠簡單，通常僅含單一 return 語句，確保編譯器可在編譯期求值；2. constexpr 變量必須用常量表達式初始化，其值在編譯時確定；3. constexpr 可與模板結(jié)合，實現(xiàn)編譯時遞歸計算，如階乘；4. 使用 static_assert 可驗證 constexpr 函數(shù)是否真正在編譯時執(zhí)行；5. constexpr 構(gòu)造函數(shù)允許在編譯時創(chuàng)建對象，但對構(gòu)造函數(shù)體有嚴格限制；6. constexpr 有使用限制，不能包含副作用，且過度使用可能影響代碼可讀性；7. 在嵌入式系統(tǒng)中，constexpr 可減少運行時開銷，提升效率；8. 結(jié)合模板和 static_assert，constexpr 還可用于元編程，實現(xiàn)復(fù)雜編譯時邏輯。
constexpr 允許我們在編譯時進行計算，從而提高運行時的性能。本質(zhì)上，它告訴編譯器：“嘿，伙計，這個值在編譯的時候我就能算出來，你別等到運行的時候再磨蹭了！”
constexpr 編程技巧，直接上干貨：
constexpr 函數(shù)的正確打開方式
constexpr 函數(shù)必須足夠簡單，以便編譯器在編譯時進行求值。這意味著它只能包含單一的 return 語句（或者在 c++14 之后，一些更復(fù)雜的操作）。舉個栗子：
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constexpr int square(int x) { return x * x; } int main() { constexpr int result = square(5); // 編譯時計算 int arr[result]; // 合法，result 是編譯期常量 return 0; }
如果 square 函數(shù)太復(fù)雜，編譯器就沒法在編譯時計算出結(jié)果，就會報錯。記住，constexpr 函數(shù)的參數(shù)和返回值類型都必須是字面值類型（literal type），比如 int, Float, char 等，不能是自定義的類（除非這個類也很簡單，滿足 constexpr 的要求）。
constexpr 變量：編譯時常量的基石
constexpr 變量必須用常量表達式初始化。這保證了變量的值在編譯時就已經(jīng)確定。
constexpr double pi = 3.14159265358979323846; constexpr int array_size = 10; int myArray[array_size]; // OK
如果試圖用一個運行時才能確定的值去初始化 constexpr 變量，編譯器會毫不留情地報錯。
constexpr 和模板：編譯時計算的強大組合
constexpr 和模板結(jié)合使用，可以實現(xiàn)更強大的編譯時計算。例如，可以編寫一個 constexpr 模板函數(shù)來計算任意類型的階乘：
template <typename T, T n> constexpr T factorial() { return (n == 0) ? 1 : n * factorial<T, n - 1>(); } int main() { constexpr int result = factorial<int, 5>(); // 編譯時計算 5 的階乘 return 0; }
這個例子展示了 constexpr 如何與模板結(jié)合，實現(xiàn)編譯時遞歸計算。注意，遞歸深度有限制，太深的遞歸會導(dǎo)致編譯失敗。
如何判斷 constexpr 函數(shù)是否真的在編譯時執(zhí)行了？
一個簡單的辦法是使用 static_assert。如果 constexpr 函數(shù)沒有在編譯時執(zhí)行，static_assert 就會報錯。
constexpr int add(int a, int b) { return a + b; } int main() { static_assert(add(2, 3) == 5, "add 函數(shù)沒有在編譯時執(zhí)行！"); return 0; }
如果編譯通過，說明 add(2, 3) 在編譯時被計算出來了。如果編譯失敗，說明 constexpr 函數(shù)沒有按預(yù)期工作。
constexpr 對象：讓你的類也能在編譯時使用
C++11 引入了 constexpr 構(gòu)造函數(shù)，允許創(chuàng)建 constexpr 對象。這意味著可以在編譯時創(chuàng)建和操作對象。
class Point { public: constexpr Point(int x, int y) : x_(x), y_(y) {} constexpr int get_x() const { return x_; } constexpr int get_y() const { return y_; } private: int x_; int y_; }; int main() { constexpr Point p(10, 20); constexpr int x = p.get_x(); // 編譯時獲取 x 坐標 return 0; }
constexpr 構(gòu)造函數(shù)的要求比較嚴格，比如函數(shù)體必須為空，或者只包含一個 return 語句。但是，它允許我們在編譯時創(chuàng)建復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這在某些場景下非常有用。
constexpr 的限制與陷阱：并非萬能靈藥
constexpr 并非沒有限制。constexpr 函數(shù)必須足夠簡單，constexpr 變量必須用常量表達式初始化。如果違反這些規(guī)則，編譯器會報錯。此外，constexpr 函數(shù)不能包含副作用，比如修改全局變量或執(zhí)行 I/O 操作。constexpr 是一種優(yōu)化手段，而不是解決所有問題的銀彈。過度使用 constexpr 可能會導(dǎo)致代碼可讀性下降，增加維護成本。
constexpr 在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用：提升性能的關(guān)鍵
在資源受限的嵌入式系統(tǒng)中，constexpr 的作用尤為重要。通過在編譯時進行計算，可以減少運行時的計算量，從而提高系統(tǒng)的性能和效率。例如，可以使用 constexpr 來計算查找表、生成預(yù)計算的數(shù)據(jù)等。
constexpr 與元編程：編譯時計算的藝術(shù)
constexpr 是元編程的重要組成部分。元編程是一種在編譯時生成代碼的技術(shù)。通過結(jié)合 constexpr、模板和 static_assert，可以實現(xiàn)復(fù)雜的編譯時計算和代碼生成。例如，可以編寫一個元程序來計算矩陣的逆、優(yōu)化算法等。元編程是一種高級技術(shù)，需要深入理解 C++ 的模板和 constexpr 機制。
