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2.4.4 constexpr和常量表达式
2013-09-07 15:24:14     我来说两句
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本文所属图书 > C++ Primer中文版(第5版)

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常量表达式(const expression)是指值不会改变并且在编译过程就能得到计算结果的表达式。显然,字面值属于常量表达式,用常量表达式初始化的const对象也是常量表达式。后面将会提到,C++语言中有几种情况下是要用到常量表达式的。

一个对象(或表达式)是不是常量表达式由它的数据类型和初始值共同决定,例如:

const int max_files = 20;        // max_files是常量表达式

const int limit = max_files + 1;     // limit是常量表达式

int staff_size = 27;                 // staff_size不是常量表达式

const int sz = get_size();       // sz不是常量表达式

尽管staff_size的初始值是个字面值常量,但由于它的数据类型只是一个普通int而非const int,所以它不属于常量表达式。另一方面,尽管sz本身是一个常量,但它的具体值直到运行时才能获取到,所以也不是常量表达式。

constexpr变量

在一个复杂系统中,很难(几乎肯定不能)分辨一个初始值到底是不是常量表达式。当然可以定义一个const变量并把它的初始值设为我们认为的某个常量表达式,但在实际使用时,尽管要求如此却常常发现初始值并非常量表达式的情况。可以这么说,在此种情况下,对象的定义和使用根本就是两回事儿。

C++11新标准规定,允许将变量声明为constexpr类型以便由编译器来验证变量的值是否是一个常量表达式。声明为constexpr的变量一定是一个常量,而且必须用常量表达式初始化:

constexpr int mf = 20;           // 20是常量表达式

constexpr int limit = mf + 1;    // mf + 1是常量表达式

constexpr int sz = size();       // 只有当size是一个constexpr函数时                                     // 才是一条正确的声明语句

尽管不能使用普通函数作为constexpr变量的初始值,但是正如6.5.2节(第239页)将要介绍的,新标准允许定义一种特殊的constexpr函数。这种函数应该足够简单以使得编译时就可以计算其结果,这样就能用constexpr函数去初始化constexpr变量了。

一般来说,如果你认定变量是一个常量表达式,那就把它声明成constexpr类型。

字面值类型

常量表达式的值需要在编译时就得到计算,因此对声明constexpr时用到的类型必须有所限制。因为这些类型一般比较简单,值也显而易见、容易得到,就把它们称为“字面值类型”(literal type)。

到目前为止接触过的数据类型中,算术类型、引用和指针都属于字面值类型。自定义类Sales_item、IO库、string类型则不属于字面值类型,也就不能被定义成constexpr。其他一些字面值类型将在7.5.6节(第299页)和19.3节(第832页)介绍。

尽管指针和引用都能定义成constexpr,但它们的初始值却受到严格限制。一个constexpr指针的初始值必须是nullptr或者0,或者是存储于某个固定地址中的对象。

6.1.1节(第204页)将要提到,函数体内定义的变量一般来说并非存放在固定地址中,因此constexpr指针不能指向这样的变量。相反的,定义于所有函数体之外的对象其地址固定不变,能用来初始化constexpr指针。同样是在6.1.1节(第204页)中还将提到,允许函数定义一类有效范围超出函数本身的变量,这类变量和定义在函数体之外的变量一样也有固定地址。因此,constexpr引用能绑定到这样的变量上,constexpr指针也能指向这样的变量。

指针和constexpr

必须明确一点,在constexpr声明中如果定义了一个指针,限定符constexpr仅对指针有效,与指针所指的对象无关:

const int *p = nullptr;      // p是一个指向整型常量的指针

constexpr int *q = nullptr; // q是一个指向整数的常量指针

p和q的类型相差甚远,p是一个指向常量的指针,而q是一个常量指针,其中的关键在于constexpr把它所定义的对象置为了顶层const(参见2.4.3节,第63页)。

与其他常量指针类似,constexpr指针既可以指向常量也可以指向一个非常量:

constexpr int *np = nullptr;     // np是一个指向整数的常量指针,其值为空

int j = 0;

constexpr int i = 42;        // i的类型是整型常量

// i和j都必须定义在函数体之外

constexpr const int *p = &i;     // p 是常量指针,指向整型常量i

constexpr int *p1 = &j;      // p1是常量指针,指向整数j

2.4.4节练习

练习2.32:下面的代码是否合法?如果非法,请设法将其修改正确。

int null = 0, *p = null;

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