答案

问题的历史

C++最初仅支持宏（#define）和常量（const）。但是，仅使用这些无法满足编译时定义值的需求。在C++11中引入了关键字constexpr，允许在编译阶段计算值，而不仅仅是在程序执行时。

问题

在constexpr出现之前，许多任务必须通过宏（粗糙的文本替换，没有类型安全）或const来解决，但const并不总是保证在编译阶段执行表达式。这增加了程序优化的难度，并导致了不可预测的行为。

解决方案

constexpr向编译器保证，声明的表达式将在可能的情况下在编译时计算。这用于声明可以安全有效地在编译时计算的函数、变量以及类的构造函数和方法。

代码示例：

constexpr int Square(int x) {
    return x * x;
}
constexpr int size = Square(5); // size在编译时计算
const int arr[size] = {}; // 可作为数组的大小使用

关键特点：

变调问题。

可以使用任何函数作为constexpr吗？

不可以。函数必须符合一定的限制：足够简单，包含一个return语句（在C++14之前），或只能包含常量表达式代码（从C++14及以后）。

constexpr int f(int x) { 
    return x + 2; 
} // 可以

constexpr int g(int x) {  
    int y = x + 2; 
    return y;
} // 在C++14之前：无法编译！之后可以

所有constexpr变量都能在编译时计算吗？

不可以。如果初始化时使用了非常量值或表达式无法在编译时计算，将产生错误。

int val;
// constexpr int x = f(val); // 错误：val未初始化！

constexpr和const之间有什么区别？

const仅保证不可更改，但不保证在编译时计算。constexpr要求在编译时计算值（如果可能）。

const int x = time(nullptr); // 可以，但在运行时计算
constexpr int y = 42;        // 可以，在编译时计算

开发者使用#define PI 3.14进行所有圆面积的计算。

优点：

缺点：

开发者使用constexpr double PI = 3.141592653589793;和模板constexpr函数进行计算。

优点：

缺点：