constexpr = 编译期可求值。标记变量 / 函数 / 构造函数，告诉编译器：这个东西能在编译阶段就算出结果，而不是等到程序运行时才算。

区分：const 只是"只读"，不一定编译期求值；constexpr 强调"可以编译期计算"。

一、const vs constexpr：最容易混的一对

关键字 含义 求值时机
const 只读，不能改 可以运行时求值
constexpr 编译期可计算 优先编译期求值，也支持运行调用

简单记忆：

  • const：不能写（只读）；
  • constexpr：能在编译期算。
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constexpr double pi  = 3.1415926;   // 编译期常量
const     double pi2 = 3.1415926;   // 只读常量，语义不同

二、constexpr 变量

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constexpr int val = 2 * 2 * 2 * 2;     // 编译期直接算出 16，运行时不算
int arr[val];                          // ✅ 数组长度要求编译期常量

初始化表达式必须编译期可算——传入运行期变量直接编译报错：

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int n = 10;
const     int c = n;                   // c 只读，但值是运行时才确定
// int arr[c];                        // ❌ 不能作为数组长度（标准 C++ 不允许）

constexpr int e = n;                   // ❌ 编译报错：n 是运行期变量

三、constexpr 函数

两阶段行为：

传入的实参 行为
编译期常量 编译期执行，结果是编译期常量
运行期变量 退化成普通函数，运行期执行

3.1 C++11 版本（最严格）

C++11 限制极强：函数体只能有一条 return。

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constexpr int pow4(int x) {
    return x * x * x * x;
}

int main() {
    constexpr int res = pow4(2);    // ✅ 编译期算出 16
    int a = 3;
    int b = pow4(a);                // a 是运行期变量 → 运行期计算
    return 0;
}

3.2 C++14 版本（放开限制）

C++14 允许 if / for 循环 / 局部变量，写法灵活很多：

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constexpr int sum(int n) {
    int s = 0;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        s += i;
    }
    return s;
}

constexpr int total = sum(100);    // 编译期算出 5050

C++20 进一步允许在 constexpr 函数里用 STL（vector / string 等）。

四、constexpr 构造函数

让对象的构造发生在编译期：

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struct Point {
    int x, y;
    constexpr Point(int xx, int yy) : x(xx), y(yy) {}
};

constexpr Point p(1, 2);   // 编译期构造对象

五、C++20 新增：consteval / constinit

关键字 含义
consteval 强制编译期函数，传运行期实参直接编译报错
constinit 保证静态 / 线程局部变量在编译期初始化，规避"静态初始化顺序灾难" 
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consteval int square(int x) { return x * x; }

int main() {
    constexpr int a = square(5);   // ✅ OK
    int n = 5;
    // int b = square(n);          // ❌ n 是运行期变量，consteval 不允许
    return 0;
}

六、易错点清单

  1. constexpr 不是强制编译期执行，是"允许"。实参是运行期变量时，自动降级为普通运行期函数。
  2. 复杂超大循环的 constexpr 函数会拖慢编译——甚至编译超时。别在 constexpr 里写几万次循环。
  3. constexpr 函数不能调用非 constexpr 函数（C++11/14，C++20 放宽）。
  4. 数组大小、模板参数必须编译期常量——必须用 constexpr。
  5. 构造函数想加 constexpr 必须满足所有成员都能在编译期构造——比如不能有 std::string（C++20 之前）。

七、典型用途

用途 例子
编译期常量（数组长度、模板参数） constexpr int N = 10; int a[N];
编译期求值数学函数 阶乘、幂、CRC、查表
编译期校验 static_assert(cond);
编译期构造对象 几何点、复数、小结构体
竞赛加速 预生成查找表 / 编译期计算三角函数表

八、constexpr 决策流程图

九、极简速记

写法 含义
constexpr int x = 10; 编译期常量
constexpr int f(int x) { return x * x; } 既可编译期调用，也可运行期调用
constexpr Point p(1, 2); 编译期构造对象
consteval int f(int x); C++20，强制编译期
constinit int x = foo(); C++20，保证静态变量编译期初始化

十、小结

  • constexpr = "能在编译期算"，比 const 强；
  • 既可编译期调用，也可运行期调用——传入的实参决定走哪条路；
  • C++11 限制严格（单 return），C++14 放开（支持循环 / 局部变量），C++20 进一步支持 STL；
  • 常见用途：数组长度、模板参数、查表、几何对象；
  • 写法口诀："const 只读，constexpr 能算；运行传参自动降级"。