2.4.4 constexpr和常量表达式

constexpr和常量表达式

         常量表达式（const expression）是指值不会改变并且在编译过程就能够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（或者表达式）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，用常量表达式初始化的const对象也是常量表达式

        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，所以它不是常量表达式。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，但是后面将要介绍的，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。

Best Practices：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，就把他们称为“字面值类型”（literal type）。

        到目前为止接触过的数据类型中，算数类型、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后面介绍。

        尽管指针和引用都能定义成constexpr，但是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，或者是存储某个固定地址中的对象。

        6.1.1节将要提到，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。同样在6.1.1节中还将提到，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拥有固定地址。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把它定义的对象置为了顶层const。

        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