C 20 新增两个 const 相关的关键字后，你能分清楚这四个关键字吗？

时间：2021-08-19 16:38:54

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[导读]C20新增了两个const相关的关键字，于是当前存在四个相似的关键字：const，constexpr，consteval和constinit。接下来分别来进行讨论。第一，经过const修饰的变量具有只读属性，并且初始化发生于运行期。也就是说，若一个变量定义之后不允许被修改，就应该...

C 20新增了两个const相关的关键字，于是当前存在四个相似的关键字：const，constexpr，consteval和constinit。接下来分别来进行讨论。

第一，经过const修饰的变量具有只读属性，并且初始化发生于运行期。也就是说，若一个变量定义之后不允许被修改，就应该给它加上const。若在一个成员函数中不修改任何成员变量，就应该在成员函数后面加上const。

但是，它也可能发生于编译期，例如以const int代替宏来定义数组大小。

第二，经过constexpr修饰的变量或是函数，既保证只读，又发生于编译期。

然而，只有在参数是常量，和显式地以其返回值来初始化一个编译期常量时，它修饰的函数才会一定发生于编译期。如：

 1#include 
 2
 3constexpr int sqr(int n) {
 4    return n * n;
 5}
 6
 7
 8int main() {
 9
10  // compile time
11  static_assert(sqr(10) == 100);
12
13  // compile time
14  int array[sqr(10)];
15
16  // compile time
17  constexpr int res = sqr(10);
18
19  // compile time or run time
20  int tmp = sqr(10);
21
22  // run time
23  int a = 10;
24  int tmp2 = sqr(a);
25}

此处，最后两个都可能发生于运行期。

第三，consteval用于创建一个immediate function（立即函数），immediate function的每次调用都会创建一个编译期常量。

经过该关键字修饰的函数会自动inline，这个函数中不能包含static数据，或是try、goto、new这种指令，也不能调用或使用非常量的函数与数据。

所以，简单来说，经过consteval修饰的函数必定会在编译期解析。

一个小例子：

 1#include 
 2
 3int sqr1(int n) {
 4    return n * n;
 5}
 6
 7constexpr int sqr2(int n) {
 8    return n * n;
 9}
10
11consteval int sqr3(int n) {
12    return n * n;
13}
14
15
16int main() {
17
18  //constexpr int res1 = sqr1(10); // error! run time
19  constexpr int res2 = sqr2(10); // compile time
20  constexpr int res3 = sqr3(10); // compile time
21
22  int a = 10;
23  int res4 = sqr1(a); // run time
24  int res5 = sqr2(a); // run time
25  //int res6 = sqr3(a); // error! compile time
26
27}

这里有三个版本的sqr函数，sqr1()无任何修饰，所以只能在运行期调用；sqr2()以constexpr修饰，可能发生于运行期，也可能发生于编译期，取决于传入的参数；sqr3()以consteval修饰，所以必定发生于编译期。

因此，企图用运行期函数(sqr1)的返回值来初始化编译期常量，或是企图用非常量作为参数去调用编译期函数(sqr3)，都将以失败告终。

第四，constinit可以确保变量初始化于编译期，这些变量须得处于静态存储区或是线程存储期。

静态存储区的变量，指的是全局变量、static变量或static成员变量；线程存储区的变量，指的是以thread_local修饰的变量，就是和线程生命期绑定的局部变量。

举个例子：

 1#include 
 2
 3constexpr int val1 = 100;
 4constinit int val2 = 100;
 5
 6
 7int main() {
 8
 9  //std::cout << "  val1 " <<   val1 << '\n'; // error
10  std::cout << "  val2 " <<   val2 << '\n';
11
12  constexpr auto val3 = 100;
13  //constinit auto val4 = 100; // error
14  constinit thread_local auto val5 = 100;
15}