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Smiht

为什么引入`constexpr`和`consteval`？

确保表达式可以在编译时求值。将昂贵的计算从运行时转移到编译时以显著提高性能。

例子1 使用const或constexpr

template <int SomeInt>
struct Resource {
  int value {SomeInt};
};


int main() {
  int value{3};
  Resource<value> R;
}

上面的例子将编译出错，提示：Non-type template argument is not a constant expression

int value{3};在运行时求值，而Resource<>的非类型模板参数SomeInt需要在编译时求值，在编译时value的值还不知道，所以出错。

解决的办法就是让value在编译时求值。

可使用const或constexpr关键字。

const int value{3};
// constexpr int value{3};
Resource<value> R;

const为什么也可用？const表达式在运行时求值，但const 变量也可以作为编译时常量，只要它是一个常量表达式。不过，const的业务太繁忙了，如果要确保在编译时求值，还是用constexpr吧。

例子2 constexpr函数

看一个只能用constexpr、不能用const的例子。

constexpr int get_int() {
  return 42;
}


int main() {
  constexpr int value {get_int()};
}

函数get_int()被标记为constexpr，编译器确保在编译时对函数求值，所以函数返回值可用于初始化一个 constexpr 变量。

当然，constexpr函数的返回值也可作为模板的非类型模板参数。

template <int SomeInt>
struct Resource {
  int value {SomeInt};
};


constexpr int get_int() {
  return 42;
}


int main() {
  Resource<get_int()> R;
}

例子3 consteval函数

函数被标记为constexpr，并不意味着该函数只能在编译时使用，运行时也可使用。如下：

#include <iostream>


int get_number() {
  int x;
  std::cout << "Enter a integer: ";
  std::cin >> x;
  return x;
}


constexpr int add(int x, int y) {
  return x + y;
}


int main() {
  std::cout << add(get_number(), get_number()) << std::endl;
}

函数add()是一个constexpr函数，但是在上面的例子中是在运行时求值。

如果想确保一个函数只能在编译时使用、不能在运行时使用，要是在运行时使用了就无法编译通过，怎么做到？

在函数声明中使用consteval关键字。

如把上面add()函数标记为consteval，则上面的程序会编译出错：error: call to consteval function ‘add(get_number(), get_number())’ is not a constant expression

例子4 运行时使用consteval函数？

既然consteval函数只能在编译时使用，无法在运行时使用，那为什么下面这个程序能编译成功呢？

#include <iostream>


consteval int add(int x, int y) {
  return x + y;
}


int main() {
  std::cout << add(1, 2) << std::endl;
}

在语句std::cout << add(1, 2) << std::endl;中，add(1, 2)的确是在编译时计算，结果为3，在代码中add(1, 2)被3代替。在运行时，main()中的语句看起来是std::cout << 3 << std::endl;，就好像add(1, 2)压根不存在。

那为什么std::cout << add(get_number(), get_number()) << std::endl;会编译出错？因为get_number()的值是在运行时计算，在编译时add()无法求值，所以会出错。

参考