头文件中使用constexpr

Question

头文件中使用constexpr

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我可以在头文件中像这样定义吗？

 constexpr double PI=3.14;

将这个constexpr放在多个cpp文件都会包含的头文件中，是否存在任何问题？

我担心因为标准规定这个constexpr有自己的内存，把它放在头文件中并将头文件添加到多个cpp文件中，会在内存中生成多个相同值的副本和其他一些麻烦。

我正在使用C++11。

- mans

2

constexpr 定义有什么问题（除了拼写错误）？ - UnholySheep

4

@UnholySheep，我在问问题！有什么问题吗？ - mans

3

你遇到了编译错误还是其他问题？我不太明白，请说明一下具体的问题。我猜你尝试使用它时遇到了一些问题。 - UnholySheep

5

好的 - 这是一个好问题的基础，但你应该将那种细节添加到你的问题正文中，这样人们就知道你真正想问什么了 :) - Lightness Races in Orbit

1

@MaxVollmer 完成了！ - mans

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4个回答

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在 C++17 中，这很清晰。而在 C++11 中，你可以把它包装在一个函数里：

constexpr double PI () { return 3.14; }

- KevinZ

2

请注意，在C++中，没有inline的constexpr仍会生成多个地址并占用多个内存位置，这并不理想。可以通过修改我提供的示例以删除inline来轻松测试此问题：https://dev59.com/T1UL5IYBdhLWcg3wV22q#57399173 - Ciro Santilli OurBigBook.com

关于变量，你是正确的，但是对于函数，constexpr确实意味着inline。对于变量而言，如果从多个翻译单元中包含，没有inline可能会进一步增加ODR的风险。 - KevinZ

8

C++17 inline变量可运行示例

在此处提到了C++17的inline变量，这里提供一个最小化可运行示例，展示只使用了一个内存位置：

main.cpp

#include <cassert>

#include "notmain.hpp"

int main() {
    // Both files see the same memory address.
    assert(&notmain_i == notmain_func());
    assert(notmain_i == 42);
}

notmain.hpp

#ifndef NOTMAIN_HPP
#define NOTMAIN_HPP

inline constexpr int notmain_i = 42;

const int* notmain_func();

#endif

notmain.cpp

#include "notmain.hpp"

const int* notmain_func() {
    return &notmain_i;
}

编译并运行：

g++ -c -o notmain.o -std=c++17 -Wall -Wextra -pedantic notmain.cpp
g++ -c -o main.o -std=c++17 -Wall -Wextra -pedantic main.cpp
g++ -o main -std=c++17 -Wall -Wextra -pedantic main.o notmain.o
./main

GitHub源代码。

C++标准保证地址相同。C++17 N4659标准草案 10.1.6 “内联说明符”:

6 具有外部链接的内联函数或变量在所有翻译单元中具有相同的地址。

cppreference解释说，如果没有使用static，则具有外部链接。

另请参见：如何声明constexpr extern？

在GCC 7.4.0、Ubuntu 18.04中测试通过。

C++20 std::math::pi

请注意，对于Pi的特定情况，C++20提供了一个专用的变量模板，如下所示：如何在C++中使用PI常量

- Ciro Santilli OurBigBook.com

1

我可以在头文件中像这样定义吗？

可以。

如果将其放在头文件中，并将该头文件包含到多个cpp文件中，会有什么问题吗？

不会。

constexpr变量（int、double等）不占用内存，因此它没有内存地址，编译器会像处理#define一样处理它，用值替换变量。但是对于对象来说就完全不同了。请阅读this以了解更多：

为了避免开销，在大多数情况下，constexpr被替换为其值，但在需要获取constexpr的地址的情况下，编译器会每次分配内存。因此，如果你有一个包含以下内容的ab.h文件：

constexpr double PI = 3.14;

而且你有一个包含以下内容的 a.cpp 文件：

std::cout << PI << "\n";

如果替换PI，则不会分配任何内存。

而如果你有b.cpp：

double *MY_PI = &PI;

内存将专门为该实例分配（或者可能是整个b.cpp文件）。

编辑：感谢@HolyBlackCat及其在下面评论中的代码，似乎内存是按文件分配的。

编辑2：它是基于文件的。因此，我有一个包含以下内容的constExpr.h：

#ifndef CONSTEXPR_H
#define CONSTEXPR_H

#include <iostream>

constexpr int a = 5;
void bb ();
void cc ();

#endif

a.cpp 包含以下内容：

#include <iostream>
#include "constExpr.h"

void aa () {
    std::cout << &a << "\n";
}

int main () {
    aa ();
    bb ();
    cc ();
    return 0;                                                                                                                 
}

并且 b.cpp 包含以下内容：

#include "constExpr.h"

void bb () {
    std::cout << &a << "\n";
}

void cc () {                                                                                                  
    std::cout << &a << "\n";
}

输出是：

0x400930
0x400928
0x400928

结论但是，说实话，我永远不会像我在示例中所做的那样做某些事情。这对我和我的大脑来说是一个巨大的挑战。constexpr主要是为了取代#define而添加的。正如我们所知道的，由于编译器无法检查#define语句的错误，因此#define很难调试。因此，除非您像上面那样做某些事情，否则它就像#define一样，只是在编译时而不是由预处理器处理。

- user5550963

2

那么你将无法获取它的地址。 - Maxim Egorushkin

5

你刚刚证明了自己的观点是错误的。占用内存和constexpr是独立的。 - Passer By

@路人有点是有点不是。是因为分配了内存，不是因为它是const expr本身，而是它的一种副本。 - user5550963

“local copy” 是什么意思？ - HolyBlackCat

@HolyBlackCat 你改变了你的问题 :) 我不知道如何正确地表达，但我的意思是，当你编译 .cpp 文件时，它会为该文件创建一个特定的 constexpr 副本。 - user5550963

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可以查看英文原文，
原文链接

- Maxim Egorushkin · Accepted Answer

constexpr表示常量表达式，而在全局/命名空间作用域上的const则意味着static(内部链接)，这意味着包括此头文件在内的每个翻译单元都有自己的PI副本。只有在取其地址或引用时才会分配该静态存储器，而每个翻译单元中的地址将不同。

对于const变量暗示了static是为了在C++头文件中使用const来定义常量，而不是使用#define。如果没有static，那么当该头文件被包含在多个翻译单元中且它们被链接在一起时，将出现多个符号定义链接错误。

在C++17中，您还可以将其设置为inline，以便仅在取地址或引用时（即不是static）有一个PI的副本。 inline变量是在C++17中引入的，以允许头文件中具有非const变量定义的仅头库。constexpr适用于静态数据成员时意味着inline，因此不需要inline。

换句话说，如果可能的话，在头文件中使用constexpr来定义常量，否则使用const。如果您需要该常量的地址在任何地方都相同，请将其标记为inline。