C++如何使用constexpr_C++编译期常量的计算与函数

constexpr 是 C++ 中用于声明编译期常量或函数的关键字，可修饰变量、函数和构造函数，强调值在编译期即可确定。与 const 不同，constexpr 保证编译期求值，提升性能并支持元编程。例如 constexpr int square(int x) { return x x; } 可在编译时计算 square(5) 得 25。C++14 起 constexpr 函数支持循环、局部变量等复杂结构，如 constexpr int factorial(int n) { int result = 1; for (int i = 2; i

在C++中，constexpr 是一个关键字，用于声明在编译期就能计算出结果的常量或函数。它不仅提升了程序性能，还允许我们在类型系统和模板中使用编译期值，是现代C++元编程的重要基础。

什么是 constexpr？

constexpr 可以修饰变量、函数和构造函数，表示它们的值或行为可以在编译期确定。与 const 不同，constexpr 强调“编译期常量性”。

例如：

constexpr int square(int x) {
    return x * x;
}
constexpr int val = square(5); // 编译期计算，val = 25

这里 square(5) 在编译时就被求值，不需要运行时参与。

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constexpr 函数的规则

要让函数成为 constexpr，需满足一定条件（C++14 起放宽了许多限制）：

• 函数体必须足够简单，能在编译期求值
• 参数和返回类型必须是字面类型（literal type），如基本类型、某些类类型
• C++11 中只允许一条 return 语句，C++14 开始支持循环、局部变量等复杂结构

示例：C++14 中的 constexpr 函数可以这样写：

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constexpr int factorial(int n) {
    int result = 1;
    for (int i = 2; i <= n; ++i) {
        result *= i;
    }
    return result;
}
constexpr int fact5 = factorial(5); // 编译期计算为 120

constexpr 与模板结合使用

constexpr 非常适合配合模板进行编译期计算。比如，在模板中用作非类型模板参数：

template
struct Fibonacci {
    static constexpr int value = Fibonacci::value + Fibonacci::value;
};
template<>
struct Fibonacci<0> {
static constexpr int value = 0;
};
template<>
struct Fibonacci<1> {
static constexpr int value = 1;
};
// 使用
constexpr int fib10 = Fibonacci<10>::value; // 编译期计算斐波那契数列第10项

这种技术称为“编译期递归”，完全在编译阶段展开，运行时无开销。

constexpr 构造函数与自定义类型

我们也可以为类定义 constexpr 构造函数，使对象成为编译期常量：

struct Point {
    constexpr Point(double x, double y) : x(x), y(y) {}
    double x, y;
};
constexpr Point origin(0.0, 0.0); // 编译期创建对象

只要构造函数符合要求，并且初始化表达式都是常量表达式，就能在编译期完成对象构建。

基本上就这些。合理使用 constexpr，能将计算提前到编译期，减少运行时负担，增强类型安全，是编写高效、清晰C++代码的重要手段。