跟我学C++中级篇——对类const关键字的分析说明-程序员充电站

一、说明

前面多篇文章分析了常量的各种用法以及在新标准中的各种扩展。到目前为止，可以发现有几个长得差不多的关键字：从早期的const到C++11中的constexpr直到C++20中的consteval和constinit。这些长得类似的const有什么区别和联系呢？下面就对它们的具体应用进行分析和说明。

二、对比和分析

针对上面的这些长得差不多关键字，主要有以下的不同：

const
它是在C++中传统，const主要用来控制运行时对变量和表达式的只读性的控制。目的在于保护相关数据的安全性并进行接口的约束。其约束的变量可以根据时机在编译期或运行期进行求值
constexpr
C++11中引入的constexpr，用于在编译期的计算，也就是编译期求值，同时对变量和表达式的只读性控制。可以将运行期的计算转到编译期的计算和常量表达式的处理，当然，也支持运行期的处理
consteval
作为C++20引入的constexpr，主要用于立即函数处理，即它只能修饰函数，它修饰的函数及相关调用及相关求值都强制要求必须在编译期完成
constinit
constinit也是C++20引入的，它只能用于对静态或线程局部变量进行“常量初始化”（constant initialization）即编译期完成初始化。否则，会报编译错误。需要注意的是，它只能是初始化，完成后，这个变量是可以再次修改的即这个变量不是常量。

三、应用场景和限制分析

在了解上它们四个关键字的情况后，就可以根据其特点来确定其应用场景：

编译期计算
需要在编译期计算的场景下，可以使用constexpr和consteval，这样，就可以把运行时的开销转移到编译期。另外在模板和元编程中这两个关键字也是经常使用的
接口约束和数据只读
在与旧代码兼容以及需要接口的常量化控制，并且只是需要对数据常量化的处理时，可以考虑使用const。当然，很多情况下也可以使用constexpr
强制常量初始化
在前面也提到过，在C++库中的全局（静态）变量调用时可能会产生初始化顺序的问题，从而产生意想不到的问题。而如果使用constinit则可以避免相关变量动态初始化，从而保证变量的依赖安全性。此外在全局配置处理、跨编译单元的变量以及线程局部存储等场景下都可以应用

虽然constinit无法限制变量的常量性，但它却也不允许联合使用const和constexpr来限制变量的常量性（只读性）。而const和constexpr则可以联合使用，不过是一种冗余的应用，没有什么实际意义。

四、例程

下面看一下具体的例程的对比：

//下面代码来自 cppreference//constexprconstexprintf();constexpr bool b1=noexcept(f());// false, undefined constexpr functionconstexprintf(){return0;}constexpr bool b2=noexcept(f());// true, f() is a constant expression//constevalconstevalintsqr(intn){returnn*n;}constexprintr=sqr(100);// OKintx=100;intr2=sqr(x);// Error: Call does not produce a constantconstevalintsqrsqr(intn){returnsqr(sqr(n));// Not a constant expression at this point, but OK}constexprintdblsqr(intn){return2*sqr(n);// Error: Enclosing function is not consteval// and sqr(n) is not a constant}//constinitconstchar*g(){return"dynamic initialization";}constexprconstchar*f(bool p){returnp?"constant initializer":g();}constinitconstchar*c=f(true);// OK// constinit const char* d = f(false); // error

代码很简单，重点是对比一下。下面再看一个综合的应用：

#include<mutex>#include<string>intBASE_V=0;class Demo{public:// constexprstaticconstexprdoublePI=3.14;// constevaltemplate<typename T>constevalstaticTratioPI(T t){returnt*PI;}// constexpr-运行和编译期均可用template<typename T>constexprstaticTless(T min,T max){returnmin<max;}// consttemplate<typename T>staticconstauto&get(constT&t){returnBASE_V>t?BASE_V:1;}};class ControlMsg{public:voidaddmsg(conststd::string&msg){std::lock_guardlock(mutex_);msg_.append(msg);}private:std::string msg_="";std::mutex mutex_;};// constinitconstinit ControlMsg msg;// 使用示例intmain(){// 编译时constexprdoublenPI=Demo::ratioPI(3.0);static_assert(nPI>Demo::PI&&nPI<5*Demo::PI);// 运行时autostatus=Demo::less(3,5);//常量初始化msg.addmsg("Application started");return0;}