CPP中的const与constexpr

在 C++ 中，const和constexpr是两个非常重要的关键字，它们的主要功能是保证变量和表达式在不同上下文中的不可修改性。然而，虽然这两个关键字有相似之处，但它们在实现和使用场景上有显著的不同。

一、什么是 const？

const 关键字用于声明不可修改的变量，确保一旦初始化后变量的值不会再被改变。其初始化既可以在编译时完成，也可以在运行时进行，具体取决于初始值是否在编译时已知。

• 运行时或编译时初始化：const 变量的值可以在编译时或运行时确定。
• 不可修改性：一旦初始化，变量的值不可更改。
• 作用域灵活：const 变量可以出现在局部和全局作用域中。

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const int a = 42;             // 编译时常量
const int b = getValue();     // 运行时常量，getValue() 在运行时返回值

二、什么是 constexpr？

C++11 引入了 constexpr 关键字，用于定义编译时常量表达式。与 const 不同，constexpr 保证变量的初始化必须在编译时完成，并且可以用于函数，确保函数在编译时进行求值。

• 编译时计算：constexpr 变量的值必须在编译时确定，适用于编译期常量的场景。
• 函数修饰：constexpr 可以修饰函数，允许函数在编译期执行计算。
• 更严格的限制：constexpr 只能用于常量表达式，因此比 const 更严格。

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constexpr int x = 10;                 // 编译时常量
constexpr int y = square(5);          // 调用 constexpr 函数，编译时求值

三、const 与 constexpr 的主要区别

四、对比示例：const 与 constexpr 的使用

通过一个实际示例进一步对比它们的使用场景：

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const int a = 42;             // a 是编译时或运行时常量
constexpr int b = 10;         // b 是编译时常量

int arr1[a]; // 如果 a 是运行时常量，数组声明可能非法
int arr2[b]; // 合法，b 是编译时常量

在此例中，a 的初始化可以在运行时确定，因此在某些场景下不能用作编译时常量。而 b 通过 constexpr 定义，保证其在编译时确定，因此可以用作数组大小。

五、const 与 constexpr 的适用场景

5.1 什么时候使用 const

• 当你不需要编译时常量，但希望变量在整个程序执行过程中不可修改时，使用 const。
• const 适用于大多数需要不可变性的场景，例如配置参数或局部不可修改的变量。

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const int max_connections = 100;
const std::string config = readConfig(); // 配置文件的内容在运行时读取

5.2 什么时候使用 constexpr

• 当你需要编译时常量，例如数组大小、模板参数或用于优化计算的常量时，使用 constexpr。
• constexpr 保证了值在编译时确定，可以用于需要编译期计算的复杂函数中。

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constexpr int max_buffer_size = 1024;

constexpr int square(int x) {
    return x * x;
}

int buffer[square(32)]; // 使用编译时常量进行数组声明

六、总结

• const：适用于任何需要不可修改值的场合，可以在运行时或编译时初始化，但在运行时使用时并不一定是编译时常量。
• constexpr：更严格的关键字，确保变量或函数在编译时求值，适合用于性能优化以及编译期常量的场景。