C++> const和constexpr区别与联系

提到const、constexpr，就需要引入常量表达式。常量表达式指值不会改变，且编译过程就能得到计算结果的表达式。 i.e. 编译阶段能得到值，并且不能改变。

const修饰对象无法修改，constexpr更侧重于修饰对象编译期确定且无法修改。具体区别，体现在以下几个方面：

修饰变量

• const变量：表示一个变量无法改变，但初值不确定，不能在编译阶段决定。

比如，

// 虽然sz无法改变，但get_size() 编译阶段无法确定值，也就是说sz不是常量表达式
const int sz = get_size(); 

• constexpr变量：编译器在编译阶段验证变量是否为一个常量表达式。

constexpr侧重变量初值编译阶段确定，且无法修改。如果认定变量是一个常量表达式，就声明为constexpr类型。

constexpr int mf = 20; // 字面量20是常量表达式
constexpr int limit = mf + 1; // mf + 1是常量表达式
constexpr int sz = size(); // 只有当size是constexpr函数时，才是正确的

修饰指针

• const修饰指针：分两种情况 —— 顶层const, 底层const。

顶层const，代表指针变量自身无法修改；底层const，代表指针所指对象无法修改。原则：const距离谁更近，就修饰谁.

int i = 10;
int *const p1 = &i; // 顶层const
const int *p2 = &i; // 底层const

p1 = new int(20); // 错误，顶层const指针自身无法修改
p2 = new int(30); // 正确，底层const指针可以修改
*p1 = 40; // 正确，顶层const指针指向的对象可以修改
*p2 = 40; // 错误，底层const指针指向的对象无法修改

• constexpr修饰指针：仅对指针有效，与指针所指对象无关

// j的定义必须放在函数体外
int j = 30;

// 函数体内
constexpr int *pp1 = &j; // 等价于 int constexpr *pp1 = &j;
cout << *pp1 << endl; // 30
*pp1 = 40;
cout << j << endl; // 40
pp1 = nullptr; // 错误，constexpr指针无法修改

修饰函数

• const修饰成员函数：也称为const函数，表示该函数不会修改类的状态，即不会通过任何方式修改类的数据成员。另外，const类对象，只能调用const函数，确保不会修改类的数据成员。

• constexpr无法修饰成员函数，只能作为函数返回值类型，表明该函数返回的是一个编译期可确定的常量。constexpr被隐式指定为内联函数，只能在类的声明中定义（.h文件）。

参见C++的const类成员函数

// A.h
class A {
public:
  A():curSize(10) {}
  void setSize(int size) { size++; }

  // ---------------------------------------------
  // const函数

  // 正确示例：不写任何数据成员
  int size() const { return curSize; }  
  // 错误示例：const函数不能修改任何类的数据成员
  int size() const { curSize = 2; return curSize; }; 
  // 错误示例：const函数不能调用任何可能导致类的数据成员改变的函数，
  // i.e. 如果调用自身成员函数，只能调用const函数
  int size() const { setSize(); return curSize; }
  // 函数返回值为const类型：函数体可以修改数据成员，但返回类型是const，也就是调用者无法修改
  const int size() { return curSize; }

  // ----------------------------------------------
  // 函数返回值为constexpr类型

  // 正确示例：返回常量值
  constexpr int getMaxSize() { return INT_MAX; } 
  // 错误示例：vec.size()运行时确定，不能在编译期决定
  constexpr int getMaxSize() {
    std::vector<int> vec;
    vec.push_back(1);
    vec.push_back(2);
    return vec.size();
  }
  // 正确：虽然看起来返回的是变量，但编译器可确定
  constexpr int getMaxSize(int a, int b) {
    return a + b;
  }

private:
  int curSize;
}

// A.cpp
// 错误示例：constexpr被隐式指定为内联函数，只能在.h类内定义，不能在类实现文件(.cpp)中定义
constexpr int A::getMaxsize() {
  return 1;
}