在 C++ 中，const 和 constexpr 是两个关键字，它们分别用于定义常量，但它们的使用场景和作用有所不同。理解它们的区别和联系对于编写高效和可靠的代码至关重要。
1. const 关键字
1.1 基本概念
const 关键字用于声明常量。被声明为 const 的变量在其整个生命周期中不能被修改。
1.2 用法示例
const int x = 5;
x = 10; // 错误：x 是只读变量
1.3 特点
- 编译期检查：编译器会在编译时检查
const变量的赋值操作，确保它们不会被修改。 - 可以用于指针和引用：
const还可以用来修饰指针和引用，表示指向的值不能修改。
const int *ptr = &x; // 指向 const int 的指针
int const *ptr2 = &x; // 同上，另一种写法
int *const ptr3 = &x; // const 指针，指针本身不可变
const int &ref = x; // 指向 const int 的引用
1.4 函数中的 const
在函数中，const 可以修饰函数参数和成员函数。
- 修饰参数：表示参数在函数内部不可修改。
- 修饰成员函数：表示成员函数不会修改类的成员变量。
void func(const int a) {
// a 不能被修改
}
class MyClass {
public:
int getValue() const {
return value; // 这个成员函数不会修改任何成员变量
}
private:
int value;
};
2. constexpr 关键字
2.1 基本概念
constexpr 关键字用于声明常量表达式。与 const 不同，constexpr 保证表达式在编译时求值。这意味着 constexpr 变量不仅是不可变的，而且其值在编译时就已经确定。
2.2 用法示例
constexpr int x = 5;
constexpr int y = x + 5; // 编译时求值
2.3 特点
- 编译期常量：
constexpr保证变量在编译时就能求值，从而可以用于数组大小、模板参数等需要编译时常量的地方。 - 可以用于函数：
constexpr函数的返回值在编译时求值，如果参数也是常量表达式。
constexpr int square(int x) {
return x * x;
}
constexpr int y = square(5); // 编译时求值
2.4 与 const 的区别
- 编译时求值：
constexpr强制在编译时求值，而const只是在运行时不可修改。 - 应用场景：
constexpr更适用于需要在编译时确定值的场景，如模板参数、数组大小等，而const更适用于需要不可变但不要求编译时确定的场景。
3. const 和 constexpr 的联系
尽管 const 和 constexpr 有显著的区别，但它们也有一些联系：
- 不可变性：两者都可以用于定义不可变的变量。
- 互补性：在实际编程中，
const和constexpr常常互补使用。例如，可以使用constexpr定义编译时常量，然后用const修饰函数参数来保证参数不可修改。
constexpr int size = 10;
const int arr[size] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
4. 实际编程中的应用
4.1 数组大小
使用 constexpr 可以定义数组的大小，使得数组大小在编译时确定。
constexpr int size = 10;
int arr[size];
4.2 模板参数
模板参数需要编译时常量，constexpr 非常适合用于此场景。
template<int N>
struct MyArray {
int data[N];
};
constexpr int size = 10;
MyArray<size> arr;
4.3 常量表达式函数
constexpr 函数可以在编译时求值，提高代码的执行效率。
constexpr int factorial(int n) {
return n <= 1 ? 1 : n * factorial(n - 1);
}
constexpr int result = factorial(5); // 编译时计算
5. 结论
const 和 constexpr 是 C++ 中两个重要的关键字，它们分别用于定义常量，但各自有不同的应用场景和特点。const 用于声明在运行时不可修改的变量，而 constexpr 用于声明在编译时即可求值的常量表达式。理解和正确使用这两个关键字，可以使代码更安全、高效和易于维护。