Re: [問題] constexpr 使用的時機

[Feis (永遠睡不著 @@)]

※ 引述《wtchen (沒有存在感的人)》之銘言：
: 剛剛學到constexpr這個關鍵字，不過看了很久不是很了解使用的時機。
: 依照這個網頁：
: http://en.cppreference.com/w/cpp/language/constant_expression
: 似乎是可以在等號右邊放function的const？
: 不知道前輩們有無進一步的見解？
: 感謝。

  大致上 http://en.cppreference.com/w/cpp/language/constexpr 寫得還蠻清楚的。

  原本也想試著把整個 "常數表示式" (constant expression) 的脈絡解釋清楚，但是
  發現我寫了幾千字還沒寫完就放棄了，所以下面先試著講重點。

  對常數表示式只要先記得一個重點: 常數表示式的值可以在編譯期被算出，然後當作
  一個常數用。

  而被 constexpr 所指示的對象就表示該對象的值可以在編譯期被算出 [註1]，然後當
  作一個常數用。

  接著我們就可以來講一下 const 跟 constexpr 的不同。


  我覺得需要另外發明 constexpr 這個關鍵字的重點是下面兩個:

  1. const 的修飾對象是型別，constexpr 的指示對象是變數或函式名。

  2. constexpr 規範的是在編譯期 (compile time) 可決定的常數值，而 const 規範
     的是在執行期 (runtime) 決定的常數值，兩者描述的是不同的概念。

  會對 const 跟 constexpr 使用有疑惑主要是因為下面兩個延伸規則:


  規則一: 當 constexpr 指示的對象是變數名時, 就意味著該變數的型別被 const 修
          飾。例如:

    constexpr int a = 3;

  就等同於:

    constexpr const int a = 3;


  規則二: 當變數型別被 const 修飾且其值是常數表示式 (編譯期就可以決定的值)
          時，就意味著該變數名有 constexpr 指示符。例如:

    const int a = 3;

  就等同於

    constexpr const int  a = 3


  這兩個規則讓我們覺得 const 跟 constexpr 用誰都可以。

  而問題在於 const int a 並不永遠等同 constexpr const int a，因為 const 只保
  證了執行期的常數性質，不保證其值在編譯期可決定。

  下面是個反例:

  int b = 3;
  const int a = b;  // 不能寫成 constexpr const int a = b;


  換句話說，雖然我們知道 a 應該就是 3 了。但是因為語法上沒有強制性 (例如可能
  某個神祕的地方會偷改到 b 的值)，所以這裡的 a 不能當編譯期的常數用。例如下
  面這個例子是不合法的:

  int b = 3;
  const int a = b;
  int c[a];         // 在有 runtime-sized array 的 C++14 以前，這裡因為 a 不
                    // 是常數表示式所以在標準裡是不合法的 (除非你使用 VLA 相
                    // 關 Extension)。

  但是改成下面這樣又可以:

  const int b = 3;
  const int a = b;
  int c[a];        // 這裡的 a 會被成功當作常數表示式作為陣列大小使用

  原因可以由上面提過的延伸規則二知道,
  const int b = 3; 等同 constexpr const int b = 3;
  因為 b 被 constexpr 指示是編譯期可以決定的常數值，
  所以 const int a = b; 又等同 constexpr const int a = b;
  因為 a 被 constexpr 指示是編譯期可以決定的常數值，就可以用來作為
  陣列大小使用。

  這一切真是太隱晦了!

  如果當初明確的使用 constexpr指示，則編譯器就會幫你確定是否該值是可以在編譯
  期決定。例如我覺得變數 a 的值應該是在編譯期可以決定的常數值，那我就寫成
   constexpr int a，這樣編譯器就會幫你檢查 a 所設定的值是否是個常數表示式。
  例如:

  int b = 3;
  constexpr int a = b;  // 跟 const int a = b 不同，這樣寫是不合法的。因為你
                        // 說 a 應該是個編譯期可以決定的常數值，但是編譯器從
                        // 語法上不認為。

  因為編譯錯誤，所以我們就知道應該要改寫成:

  constexpr int b = 3;
  constexpr int a = b;

  至於這裡要不要加 const 我是覺得有點多此一舉所以主觀的就不加了。


  結論就是, 如果常數值是在編譯期可以決定的, 就用 constexpr。


  而使用在函式的基本概念也是一樣的，只是不同的 C++ 版本有些差異，細節太多如
  果有人有興趣我再寫看看吧。

  PS: 這裡是從 C++ 出發, 在 C 裡面對於 "常數表示式" (constant expression)
      和 const 的使用很多都不一樣。

  註1: 嚴格來說應該寫成 "有可能"

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※ 編輯: Feis (140.122.83.198), 05/12/2015 19:09:57
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