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C++ 中 const 与 constexpr 的区别

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原文地址: const 和 constexpr 区别与联系

提到 const 和 constexpr, 就需要引入常量表达式。常量表达式是指值不会改变， 并且编译过程就能得到计算结果的表达式. => 编译阶段就能得到值， 并且不能改变.

const 修饰对象无法修改， constexpr 更侧重于修饰对象编译期确定且无法修改. 具体区别， 体现在以下两个方面：

修饰变量

const 变量，表示一个变量无法改变，但初值并不确定， 不能在编译阶段决定.

比如，

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const int sz = get_size(); // 虽然sz无法改变, 但get_size()

编译阶段无法确定值，也就是说 sz 不是常量表达式

constexpr 变量，编译器在编译阶段验证变量是否为一个常量表达式.

constexpr 侧重变量初值编译阶段确定，且无法修改. 如果认定变量是一个常量表达式，就把它声明称 constexpr 类型.

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constexpr int mf = 20; // 字面量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constexpr函数时, 才是正确的

修饰指针

const 修饰指针分为两种情况：顶层 const, 底层 const.

顶层 const 代表指针变量自身无法修改；底层 const 代表指针所指对象无法修改. 

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int i = 10;
int *const p1 = &i; // 顶层const
const int *p2 = &i; // 底层const

p1 = new int(20); // 错误, 顶层const指针自身无法修改
p2 = new int(30); // 正确, 底层const指针可以修改
*p1 = 40; // 正确, 顶层const指针指向的对象可以修改
*p2 = 40; // 错误, 底层const指针指向的对象无法修改

constexpr 修饰指针，仅对指针有效，与指针所指对象无关

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// j的定义必须放在函数体外
int j = 30;

// 函数体内
constexpr int *pp1 = &j; // 等价于 int constexpr *pp1 = &j;
cout << *pp1 << endl; // 30
*pp1 = 40;
cout << j << endl; // 40
pp1 = nullptr; // 错误, constexpr指针无法修改

修饰函数

const 修饰成员函数，通常称为 const 函数， 表示该函数不会修改类的状态（即不会通过任何方式修改类数据成员）. 另外， const 类对象，只能调用 const 函数，确保不会修改类的数据成员.

constexpr 无法修饰成员函数，只能作为函数返回值类型， 表明该函数返回的是一个编译期可确定的常量；constexpr 被隐式隐式指定为内联函数，只能在类的声明中定义（.h 文件）.

参见 C++ 的 const 类成员函数

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// A.h
class A{
public:
  A():curSize(10) {}
  void setSize(int size) { size++; }

  // const函数
  int size() const { return curSize; }  // 正确示例：不写任何数据成员
  int size() const { curSize = 2; return curSize; }; // 错误示例： const函数不能修改任何类的数据成员
  int size() const { setSize(); return curSize; } // 错误示例：const函数不能调用任何可能导致类的数据成员改变的函数, 也就是说, 如果调用自身成员函数, 只能调用const函数
  const int size() { return curSize; }  // 函数返回值为const类型：函数体可以修改数据成员, 但返回类型是const, 也就是调用者无法修改

  // 函数返回值为constexpr类型
  constexpr int getMaxSize() { return INT_MAX; } // 正确示例：返回常量值
  // 错误示例：vec.size()运行时确定, 不能在编译期决定
  constexpr int getMaxSize()
  {
    std::vector<int> vec;
    vec.push_back(1);
    vec.push_back(2);
    return vec.size();
  }
  // 正确：虽然看起来返回的是变量, 但编译器可确定
  constexpr int getMaxSize(int a, int b)
  {
    return a + b;
  }

private:
  int curSize;
}

// A.cpp
// 错误示例：constexpr被隐式指定为内联函数, 只能在.h 类内定义, 不能在类实现文件(.cpp)中定义
constexpr int A::getMaxsize()
{
  return 1;
}