C++ constexpr - 可以在编译时计算值吗？

Question

我正在阅读关于constexpr的文章，可以在这里看到更多相关内容：

constexpr指定符声明函数或变量的值可以在编译时计算。

起初我完全理解这句话的意思。然而，最近我遇到了一些完全让我不知所措的代码。下面是一个简单的示例：

#include <iostream>

void MysteryFunction(int *p);

constexpr int PlusOne(int input) {
  return input + 1;
}

int main() {
  int i = 0;
  MysteryFunction(&i);
  std::cout << PlusOne(i) << std::endl;

  return 0;
}

看这段代码，我无法确定PlusOne(i)的结果应该是什么，但它确实可以编译通过！（当然链接会失败，但g++ -std=c++11 -c却没有错误。）

“可以在编译时计算函数值”的正确解释是什么？

- Apollys supports Monica

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如果你将一个非 constexpr 的参数传递给 PlusOne 函数，编译器将无法在编译时评估它，它将仅成为一个普通的运行时函数。 - Some programmer dude

constexprе…ій”®еӯ—иЎЁзӨәеҮҪж•°жҲ–еҸҳйҮҸзҡ„еҖјеҸҜд»ҘеңЁзј–иҜ‘ж—¶иў«и®Ўз®—еҮәжқҘпјҲдҪҶдёҚдёҖе®ҡдјҡиў«еңЁзј–иҜ‘ж—¶и®Ўз®—пјүгҖӮ - Rakete1111

就此而言，cppreference不是C++的“官方描述”。它是一个社区管理的维基百科，尽管是高质量的维基百科。cppreference中的语言故意比标准本身更加随意。请勿将cppreference的陈述视为约束性的；如果您想成为一名语言律师，请参考标准本身（我喜欢这个网站：http://eel.is/c++draft/）。 - Justin

我不是在试图成为语言律师，我只是想理解功能。 - Apollys supports Monica

很遗憾，在现今的C++中，这两者经常是不可分割的 :P - Lightness Races in Orbit

Answer 1

constexpr函数可以在常量表达式内被调用，前提是满足常量表达式的其他要求。它也可以在非常量表达式内被调用，在这种情况下，它的行为与未使用constexpr声明相同。正如您问题中的代码所示，调用constexpr函数的结果不会自动成为常量表达式。

- Brian Bi

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这更有意义，这就是我猜测的，但似乎这不是我引用的句子的字面解释。 - Apollys supports Monica

Answer 2

引用的措辞有点误导。 如果你只考虑PlusOne本身，并观察它的逻辑，并假设输入在编译时已知，则其中的计算也可以在编译时执行。 在其上加上constexpr关键字可确保我们维护此可爱的状态并且一切正常。

但是如果输入在编译时不已知，则它仍然只是一个普通的函数，并将在运行时调用。

因此，constexpr是函数的属性（“可以在编译时评估”对于某些输入，而不是对于所有输入），而不是您的函数/输入组合在此特定情况下的属性（因此也不是对于此特定输入）。

这有点像函数可以采用const int&，但这并不意味着原始对象必须是const。 在这里，类似地，constexpr在添加约束到函数的同时，并没有添加约束到函数的输入。

诚然，这都是一个巨大、混乱、模糊的问题（C++！耶！）。只需记住，您的代码描述程序的含义！它不是在编译的不同阶段的机器指令的直接配方。

（要真正执行此操作，您需要将整数作为模板参数。）

- Lightness Races in Orbit

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这个答案显然是正确的。我只想补充一点，如果你在一个变量上添加constexpr，它会在编译时强制执行。所以<code> constexpr auto j = PlusOne(i); // main.cpp:13:31: error: the value of 'i' is not usable in a constant expression constexpr auto j = PlusOne(5); // OK </code> - Jay Miller

Answer 3

如果函数的所有参数都可以在编译时计算出来，那么函数的返回值可以在编译时计算。但是，如果函数的参数值只能在运行时确定，那么函数的返回值只能在运行时计算。因此，“可以在编译时计算函数的值”是可能的，但不是必需的。

- R Sahu

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谢谢，我认为官方描述措辞不够完整/清晰明了。 - Apollys supports Monica

@Apollys，这还不是最糟糕的 :) 看看实际标准，你就会知道我在说什么。这就是为什么我们需要语言律师的原因。 - R Sahu

Answer 4

所有答案都是正确的，但我想给出一个简短的例子来解释constexpr有多么不直观。

#include <cstdlib>
constexpr int fun(int i){
    if (i==42){
        return 47;
    } else {
        return rand();
    }
}

int main()
{ 
    int arr[fun(42)];
}

作为一则附注： 一些人认为constexpr的状态不令人满意，因此他们提出了constexpr!关键字添加到语言中。

- NoSenseEtAl

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作为补充说明，以防有人后来来到这里 - constexpr!已被接受，但使用替代名称consteval。 :) http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2018/p1073r3.html https://en.cppreference.com/w/cpp/language/consteval - Alex Meiburg