constexpr是否意味着内联？

Question

考虑以下内联函数：

// Inline specifier version
#include<iostream>
#include<cstdlib>

inline int f(const int x);

inline int f(const int x)
{
    return 2*x;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    return f(std::atoi(argv[1]));
}

以及等效的constexpr版本：

// Constexpr specifier version
#include<iostream>
#include<cstdlib>

constexpr int f(const int x);

constexpr int f(const int x)
{
    return 2*x;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    return f(std::atoi(argv[1]));
}

我的问题是：在非常量参数传递给constexpr函数时，constexpr关键字是否意味着inline关键字，即编译器是否会尝试内联函数，就好像在其声明中放置了inline关键字一样?

C++11标准是否保证？

- Vincent

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“编译器是否会尝试内联该函数？”并不是 inline 关键字的作用。 （或者也许我误解了您的措辞。） - Luc Danton

“inline”关键字不再与“内联”有任何关系。 - K-ballo

这个问题基于错误的假设，即“inline”与内联直接相关。因此，就那个意义而言，“constexpr”并不意味着“inline”修饰符，因为这种意义不存在。 - Christian Rau

Answer 1

是的([dcl.constexpr], C++11标准第7.1.5/2节): "constexpr函数和constexpr构造函数隐式地被视为内联(7.1.2)。"

需要注意的是，inline修饰符对于编译器是否会将函数展开成内联形式实际上影响非常小（如果有的话）。不过，它会影响到唯一定义规则，并且从这个角度来看，编译器需要遵循与inline函数相同的规则来处理constexpr函数。

此外，我还要补充一点，即使constexpr意味着inline，在C++11中，constexpr函数的规则要求其足够简单，因此通常是内联展开的好候选对象（主要的例外是递归函数）。然而，自那以后，规则已经变得越来越宽松，因此constexpr可以应用于更大、更复杂的函数。

- Jerry Coffin

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鉴于常量表达式的想法是在编译时进行评估，我认为大多数使用constexpr函数的情况根本不会导致任何代码生成... - Kerrek SB

constexpr函数潜在地可以在编译时进行评估。然而，C++14标准中有许多这样的函数很可能会在运行时被调用。例如：std::array<T,N>::at。 - Eponymous

@Eponymous 是的，但只有最简化的形式会保留为操作码。例如：边界检查将在构建时进行评估，因为它们的代码路径是常量。但返回的值将是 *(data+offset)。 - v.oddou

Answer 2

constexpr在非静态变量中并不意味着inline（C++17中的内联变量）

constexpr在函数中意味着inline，但是对于非静态变量却没有这种影响，尤其考虑到C++17中的内联变量。

例如，如果您采用我在 如何使用内联变量？ 中发布的最小示例，并删除inline，只剩下constexpr，然后该变量会获得多个地址，这也是内联变量避免的主要问题。

然而，constexpr静态变量隐式具有内联效果。

constexpr函数的最小示例

正如在https://dev59.com/HmYq5IYBdhLWcg3wjBQM#14391320中提到的那样，inline的主要作用不是内联函数，而是允许对函数进行多次定义, 标准引用： 如何在C++头文件中包含实现？

我们可以通过操作以下示例来观察到这一点：

main.cpp

#include <cassert>

#include "notmain.hpp"

int main() {
    assert(shared_func() == notmain_func());
}

notmain.hpp

#ifndef NOTMAIN_HPP
#define NOTMAIN_HPP

inline int shared_func() { return 42; }
int notmain_func();

#endif

notmain.cpp

#include "notmain.hpp"

int notmain_func() {
    return shared_func();
}

编译并运行：

g++ -c -ggdb3  -O0 -Wall -Wextra -std=c++11 -pedantic-errors  -o 'notmain.o' 'notmain.cpp' 
g++ -c -ggdb3  -O0 -Wall -Wextra -std=c++11 -pedantic-errors  -o 'main.o' 'main.cpp' 
g++ -ggdb3  -O0 -Wall -Wextra -std=c++11 -pedantic-errors  -o 'main.out' notmain.o main.o
./main.out

如果我们从shared_func中删除inline，链接将会失败:

multiple definition of `shared_func()'

由于头文件被包含在多个.cpp文件中，因此出现这种情况。

但是如果我们用constexpr替换inline，那么它再次起作用，因为constexpr也意味着inline。

GCC通过在ELF目标文件上将符号标记为弱来实现这一点：How can a C++ header file include implementation?

在GCC 8.3.0中进行了测试。

- Ciro Santilli OurBigBook.com

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顺便说一下，声明为 constexpr 的静态类成员变量仍然是内联的。根据 cppreference.com ，声明为 constexpr 的静态成员变量（但不包括命名空间作用域的变量）隐式地成为内联变量。 - anton_rh

@anton_rh 谢谢，我之前没有看到那个规则，已经更新了答案。 - Ciro Santilli OurBigBook.com

如果您有机会，能否更正一下您的说法“constexpr静态变量实际上是隐式静态的”？我猜其中一个单词“static”应该是“inline”。 - jorgbrown

一个简单的问题：#ifndef - #define 这种方式是否比 #pragma once 更推荐使用？ - Sohail Si

@SohailSi 请参考：https://dev59.com/gXM_5IYBdhLWcg3w-4dg - Ciro Santilli OurBigBook.com