编译期的常量表达式,顾名思义是在编译期就求值得表达式。例如:
#define SIZE_OF_ARRAY(arr) (sizeof(arr)/sizeof(arr[0])) int main() { const int N3 = 3 * 3 + 1; //3*3+1是编译期求值的常量表达式 char arr[N3]; std::cout << SIZE_OF_ARRAY(arr) << std::endl; //N3==10 }
这些都是老套的传统代码,没什么稀奇的。现在改一下代码,如下所示:
int main() { int x =0; std::cin>>x; const int N3 = x * x + 1; char arr[N3]; //编译失败,N3不可用作常量 }
不奇怪的是,编译器识别出我的代码是傻子逻辑,因为N3是无法在编译期确定的,只能在运行期求值。
引人注意的是地方是,同样的const int 修饰的变量,却具有更隐蔽的性质。一个是具有编译期常量上岗证的,另一个没有编译期常量上岗证。
我们可以区分一下const int变量遇到不同的初始化器时具有的细微差别,代码如下:
int main() { int x = 3; const int N = x * x + 1; std::cout << "before change. N=" << N << std::endl; //N==10 int& refN = const_cast<int&>(N); //强制更改它的值。 refN = 0; //这就是程序员控制一切的C++世界 std::cout << "after change. N=" << N << std::endl; //N==0 }
这里的N不是真的常量。它只是变量上加了个const标记,当不小心写代码改变它的值时(ex. N=100; )编译器提醒你开车压了实线了。
如果你故意压实线(const_cast),编译器就管不了了。现在,我们稍微改一下代码:
int main() { const int N = 3 * 3 + 1; std::cout << "before change. N=" << N << std::endl; //N==10 int& refN = const_cast<int&>(N); //强制更改它的值。 refN = 0; // std::cout << "after change. N=" << N << std::endl; //N==10 }
现在的N就是一个绝对的常量了。虽然在运行期仍旧可以强制更改它的值,但是当你引用它时,编译器把它当作了文字量一般的对待。
显然,const的这个微妙的区别,需要在语言层面表达出来。constexpr就发明出来了,用于表示“真正的,全生命周期的,真常量“。例如:
int main() { constexpr int N = 3 * 3 + 1; //等价于 const int N=3*3+1; char arr[N]; std::cout << SIZE_OF_ARRAY(arr) << std::endl; }
constexpr用于标记一个常量表达式。如果某个表达式不是编译期能计算的常量表达式,就会引发编译器报错,例如:
int main() { int x = 3; constexpr int N = x * x + 1;//编译报错。提示x不是编译期可求值的。对比:const int N = x*x+1;可编译成功 char arr[N]; //更加错了。但是前一句先报错,把程序员的注意引导到真正的错误源上。 }
既然是常量表达式,在编译期能求值的,我们为什么不人肉计算呢?例如:3*3+1 太繁琐,直接10多好?
答案是,为了避免魔术数字。经过长时间的代码维护阶段,后续的程序员可能无法理解10是什么意思了。
对应于魔术数字,还存在着魔术化的常量表达式。考虑下面的代码:
int main() { char arr1[3 * 3 + 1]; char arr2[4 * 4 + 1]; char arr3[5 * 5 + 1]; }
当需要修改 ”平方+1“这个表达式时,我们需要在全体代码中人肉搜索类似”2*2+1“这样的代码,然后修改之。这就是魔术化代码的弊端。
漏改,错改的可能性很大,软件质量无法保证。传统的解决方案是宏。#define CALCULATE( x) ((x)*(x)+1)
C++11 出现了constexpr标记一个常量表达式。例如:
constexpr int calculate(int x) { return x * x + 1; } int main() { char arr1[calculate(3)]; char arr2[calculate(4)]; char arr3[calculate(5)]; int x = 6; std::cout << calculate(6) << std::end; //运行期时也能重用”平方+1“的业务逻辑 }
对于那些仍旧坚持CALCULATE宏定义技术的人,下面的例子能清楚的说明宏定义弱爆了,代码如下:
constexpr int calculate(int x) { if (x%2==0) { return x * x; } else { return x * x + 1; } } int main() { char arr[calculate(5)]; }
请用宏的方式实现条件选择分支。。。写不出来。constexpr函数中能写if,写while,简直逆天了。(C++14开始支持这个特性)