C++11 constexpr使用
常量表达式主要是允许一些计算发生在编译时,即发生在代码编译而不是运行的时候。这是很大的优化:假如有些事情可以在编译时做,它将只做一次,而不是每次程序运行时。需要计算一个编译时已知的常量,比如特定值的sine或cosin?确实你亦可以使用库函数sin或cos,但那样你必须花费运行时的开销。使用constexpr,你可以创建一个编译时的函数,它将为你计算出你需要的数值,用户的电脑将不需要做这些工作。
为了使函数获取编译时计算的能力,你必须指定constexpr关键字到这个函数。
constexpr int multiply (int x, int y)
{
return x * y;
} // 将在编译时计算
const int val = multiply( , );
除了编译时计算的性能优化,constexpr的另外一个优势是,它允许函数被应用在以前调用宏的所有场合。
例如,你想要一个计算数组size的函数,size是10的倍数。如果不用constexpr,你需要创建一个宏或者使用模板,因为你不能用函数的返回值去声明数组的大小。但是用constexpr,你就可以调用一个constexpr函数去声明一个数组。
constexpr int getDefaultArraySize (int multiplier)
{
return * multiplier;
} int my_array[ getDefaultArraySize( ) ];
int a = ; //非常量表达式
getDefaultArraySize(a); //ok
一个constexpr有一些必须遵循的严格要求:
- 函数中只能有一个return语句(但允许包含typedefs、 using declaration && directives、静态断言等)
- 只能调用其它constexpr函数
- 只能使用全局constexpr变量
注意递归并不受限制,但只允许一个返回语句,那如何实现递归呢?可以使用三元运算符(?:)。例如,计算n的阶乘:
constexpr int factorial (int n) {
return n > ? n * factorial( n - ) : ;
}
现在你可以使用factorial(2),编译器将在编译时计算这个值,这种方式运行更巧妙的计算,与内联截然不同。你无法内联一个递归函数。
3.使用编译时对象
constexpr修饰类的构造函数,即保证如果提供给该构造函数的参数都是constexpr,那么产生的对象中的所有成员都会是constexpr,该对象也就是constexpr对象了,可用于各种只能使用constexpr的场合。注意,constexpr构造函数必须有一个空的函数体,即所有成员变量的初始化都放到初始化列表中。
假如你有一个Circle类:
class Circle
{
public:
constexpr Circle (int x, int y, int radius) : _x( x ), _y( y ), _radius( radius ) {}
constexpr double getArea () {
return _radius * _radius * 3.1415926;
}
private:
int _x;
int _y;
int _radius;
};
将构造函数和getArea声明为constexpr,这样在编译期间,便能构造一个对象并能调用getArea函数获得area:
constexpr Circle c( , , );
constexpr double area = c.getArea();
4.constexpr vs const的区别
假如你将一个成员函数标记为constexpr,则顺带也将它标记为了const。如果你将一个变量标记为constexpr,则同样它是const的。但相反并不成立,一个const的变量或函数,并不是constexpr的。
语义上:
constexpr:告诉编译器我可以是编译期间可知的,尽情的优化我吧。
const:告诉程序员没人动得了我,放心的把我传出去;或者放心的把变量交给我,我啥也不动就瞅瞅。
语法上:
constexpr是一种比const 更严格的束缚, 它修饰的表达式本身在编译期间可知, 并且编译器会尽可能的 evaluate at compile time. 在constexpr 出现之前, 可以在编译期初始化的const都是implicit constexpr. 直到c++ 11, constexpr才从const中细分出来成为一个关键字, 而 const从1983年 c++ 刚改名的时候就存在了... 如果你初学c++, 应当尽可能的, 合理的使用constexpr来帮助编译器优化代码。
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