C++11有一些這樣的改善，這種改善保證寫出的代碼比以往任何時候的執(zhí)行效率都要好。這種改善之一就是生成常量表達式，允許程序利用編譯時的計算能力。假如你熟悉模板元編程，你將發(fā)現(xiàn)constexpr使這一切變得更加簡單。假如你不知道模板元編程，也沒什么。constexpr使我們很容易利用上編譯時編程的優(yōu)勢。

常量表達式主要是允許一些計算發(fā)生在編譯時，即發(fā)生在代碼編譯而不是運行的時候。這是很大的優(yōu)化：假如有些事情可以在編譯時做，它將只做一次，而不是每次程序運行時。需要計算一個編譯時已知的常量，比如特定值的sine或cosin？確實你亦可以使用庫函數(shù)sin或cos，但那樣你必須花費運行時的開銷。使用constexpr，你可以創(chuàng)建一個編譯時的函數(shù)，它將為你計算出你需要的數(shù)值。用戶的電腦將不需要做這些工作。

constexpr初探

為了使函數(shù)獲取編譯時計算的能力，你必須指定constexpr關(guān)鍵字到這個函數(shù)。

constexpr?int?multiply?(int?x,?int?y)
{
????return?x?*?y;
}

//?將在編譯時計算
const?int?val?=?multiply(?10,?10?);

除了編譯時計算的性能優(yōu)化，constexpr的另外一個優(yōu)勢是，它允許函數(shù)被應(yīng)用在以前調(diào)用宏的所有場合。例如，你想要一個計算數(shù)組size的函數(shù)，size是10的倍數(shù)。如果不用constexpr，你需要創(chuàng)建一個宏或者使用模板，因為你不能用函數(shù)的返回值去聲明數(shù)組的大小。但是用constexpr，你就可以調(diào)用一個constexpr函數(shù)去聲明一個數(shù)組。

constexpr?int?getDefaultArraySize?(int?multiplier)
{
????return?10?*?multiplier;
}

int?my_array[?getDefaultArraySize(?3?)?];

constexpr函數(shù)的限制

一個constexpr有一些必須遵循的嚴格要求：

函數(shù)中只能有一個return語句（有極少特例） 只能調(diào)用其它constexpr函數(shù) 只能使用全局constexpr變量

注意遞歸并不受限制。但只允許一個返回語句，那如何實現(xiàn)遞歸呢？可以使用三元運算符（?:)。例如，計算n的階乘：

constexpr?int?factorial?(int?n)
{
????return?n?>?0???n?*?factorial(?n?-?1?)?:?1;
}

現(xiàn)在你可以使用factorial(2)，編譯器將在編譯時計算這個值，這種方式運行更巧妙的計算，與內(nèi)聯(lián)截然不同。你無法內(nèi)聯(lián)一個遞歸函數(shù)。

constexpr函數(shù)還有那些特點？

一個constexpr函數(shù)，只允許包含一行可執(zhí)行代碼。但允許包含typedefs、 using declaration && directives、靜態(tài)斷言等。

constexpr和運行時

一個聲明為constexpr的函數(shù)同樣可以在運行時被調(diào)用，當這個函數(shù)的參數(shù)是非常量的：

int?n;
cin?>>?n;
factorial(?n?);

這意味著你不需要分別寫運行時和編譯時的函數(shù)。

編譯時使用對象

假如你有一個Circle類：

class?Circle
{
????public:
????Circle?(int?x,?int?y,?int?radius)?:?_x(?x?),?_y(?y?),?_radius(?radius?)?{}
????double?getArea?()?const
????{
????????return?_radius?*?_radius?*?3.1415926;
????}
????private:
????????int?_x;
????????int?_y;
????????int?_radius;
};

你希望在編譯期構(gòu)造一個Circle接著算出他的面積。

constexpr?Circle?c(?0,?0,?10?);
constexpr?double?area?=?c.getArea();

事實證明你可以給Circle類做一些小的修改以完成這件事。首先，我們需要將構(gòu)造函數(shù)聲明為constexpr，接著我們需要將getarea函數(shù)聲明為constexpr。將構(gòu)造函數(shù)聲明為constexpr則運行構(gòu)造函數(shù)在編譯期運行，只要這個構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)為常量，且構(gòu)造函數(shù)僅僅包含成員變量的constexpr構(gòu)造（所以默認構(gòu)造可以看成constexpr，只要成員變量都有constexpr構(gòu)造）。

class?Circle
{
????public:
????constexpr?Circle?(int?x,?int?y,?int?radius)?:?_x(?x?),?_y(?y?),?_radius(?radius?)?{}
????constexpr?double?getArea?()
????{
????????return?_radius?*?_radius?*?3.1415926;
????}
????private:
????????int?_x;
????????int?_y;
????????int?_radius;
};

constexpr vs const

假如你將一個成員函數(shù)標記為constexpr，則順帶也將它標記為了const。如果你將一個變量標記為constexpr，則同樣它是const的。但相反并不成立，一個const的變量或函數(shù)，并不是constexpr的。

constexpr和浮點數(shù)

到這里我們講到的constexpr功能都可以通過模板元編程實現(xiàn)。但constexpr支持的一項能力是可以計算浮點型的數(shù)據(jù)。因為double和float不是有效的模板參數(shù)，你不可以輕易的通過模板編譯期計算浮點數(shù)的值。而constexpr允許編譯期計算浮點型數(shù)據(jù)。

權(quán)衡constexpr

C++開發(fā)者早就深受修改一個頭文件則引發(fā)重新編譯導致編譯緩慢的困擾。而constexpr可能引入增加編譯時間的風險，但也有一些技術(shù)去降低這種風險。首先，因為constexpr函數(shù)相同的參數(shù)會輸出相同的結(jié)果，所以它們可以被memoized，事實上GCC已經(jīng)支持memoization。

因為可以對constexpr函數(shù)memoize,所以用constexpr函數(shù)替換模板函數(shù)的地方，(編譯）性能不會變得更壞，但代碼會變得清晰。事實上，替換掉一部分模板實例，編譯會顯著加快。

最后，標準允許編譯器去限制遞歸函數(shù)的級數(shù)。這樣可以限制深度遞歸的編譯性能損耗。

編譯器支持

constexpr需要編譯器支持編譯期的遞歸，所以也不奇怪支持constexpr的編譯器并不多，就我所知只有G++4.7支持這一特性。[注：到我翻譯時，intelC++13、Clang3.1也都支持了，不過Vs2013還是不支持]

PS：常量表達式解決了數(shù)組無法使用函數(shù)返回值定義大小的問題。