6.1　常量表达式

类别：类作者

6.1.1　运行时常量性与编译时常量性

在C++中，我们常常会遇到常量的概念。常量表示该值不可修改，通常是通过const关键字来修饰的。比如：

const int i=3;

上述代码就声明了一个名字为i的常量。const还可以修饰函数参数、函数返回值、函数本身、类等。在不同的使用条件下，const有不同的意义，不过大多数情况下，const描述的都是一些“运行时常量性”的概念，即具有运行时数据的不可更改性。不过有的时候，我们需要的却是编译时期的常量性，这是const关键字无法保证的。我们可以看看代码清单6-1所示的例子。

代码清单6-1

const int GetConst(){return 1;}

void Constless(int cond){

int arr[GetConst()]={0};//无法通过编译

enum{e1=GetConst(),e2};//无法通过编译

switch(cond){

case GetConst()://无法通过编译

break;

default:

break;

}

}

//编译选项:g++ -c 6-1-1.cpp

在代码清单6-1中，我们定义了一个返回常数1的函数GetConst。我们使用了const关键字修饰了返回类型。不过编译后我们发现，无论将GetConst的结果用于需要初始化数组Arr的声明中，还是用于匿名枚举中，或用于switch-case的case表达式中，编译器都会报告错误。发生这样错误的原因如我们上面提到的一样，这些语句都需要的是编译时期的常量值。而const修饰的函数返回值，只保证了在运行时期内其值是不可以被更改的。这是两个完全不同的概念。

我们再来看一个BitSet的例子，该例子更贴近开发人员的实际状况，如代码清单6-2所示。

代码清单6-2

enum BitSet{

V0=1＜＜0,

V1=1＜＜1,

V2=1＜＜2,

VMAX=1＜＜3

};

//重定义操作符"|",以保证返回的BitSet值不超过枚举的最大值

const BitSet operator|(BitSet x,BitSet y){

return static_cast＜BitSet＞(((int)x|y)＆(VMAX-1));

}

template＜int i=V0|V1＞//无法通过编译

void LikeConst(){}

//编译选项:clang++-c-std=c++11 6-1-2.cpp

在代码清单6-2中，我们看到一个有限成员的BitSet的枚举类型的定义（读者是否还记得代码清单2-7所示的例子）。而为了尽可能地保证或操作的有效性，我们重载了operator，该操作除了进行或运算外，还会通过＆(VMAX-1)这样的操作保证该或操作的输出不会超过VMAX枚举值。而此时我们将V0|V1作为非类型模板函数的默认模板参数，则会导致编译错误。这同样是由需要的是编译时常量所导致的。

那么有没有什么办法可以通过更改上面的例子，获得编译时期的常量呢？最简单的方法是，我们可以在代码清单6-1的文件开始使用C中的宏替代GetConst函数。

define GetConst 1

当然，这种简单粗暴的做法即使有效，也会把C++拉回“石器时代”。C++11中对编译时期常量的回答是constexpr，即常量表达式（constant expression）。比如我们要使得代码清单6-1中的GetConst函数成为一个常量表达式，可以用下面的声明方法：

constexpr int GetConst(){return 1;}

即在函数表达式前加上constexpr关键字即可。有了常量表达式这样的声明，编译器就可以在编译时期对GetConst表达式进行值计算（evaluation），从而将其视为一个编译时期的常量（虽然编译器不一定这么做，但至少从语法效果上看是这样，我们会在后面叙述）。这样一来代码清单6-1中的数组Arr、匿名枚举的初始化以及switch-case的case表达式通过编译都不再是问题（读者可以自行实验一下）。

在C++11中，常量表达式实际上可以作用的实体不仅限于函数，还可以作用于数据声明，以及类的构造函数等。我们来分别看一下。