1、constexpr1.1 顶层const和底层constC为了区分把本身被const修饰叫做顶层const把指向的对象被const修饰叫做底层const。大多数对象被const修饰都叫做顶层const。指针被const修饰时* 左边的const叫做底层const* 右边的const叫做顶层const。const修饰引用时这个const是底层const。int main() { int i 0; int* const p1 i; // 顶层const const int ci 42; // 顶层const const int* p2 ci; // 底层const const int r ci; // 底层const return 0; }1.2 constexpr和常量表达式常量表达式是指值不会改变并且在编译过程中就能得到计算结果的表达式。字面值、常量表达式初始化的const对象都是常量表达式但是变量初始化的const对象不是常量表达式。int size() { int n 10; return n; } int main() { const int a 1; // 是 const int b a 1; // 是 int c 1; // 不是 const int d c; // 不是 const int e size(); // 不是 return 0; }constexprconstant expression是C11引入的一个关键字用于指定常量表达式。它允许编译器在编译时计算表达式的值从而提高运行时性能并增强类型安全性。constexpr可以修饰变量constexpr修饰的变量一定是常量表达式且必须用常量表达式初始化否则会报错。int main() { constexpr int aa 1; constexpr int bb aa 1; //constexpr int cc c; // 报错 //constexpr int cc size(); // 报错 return 0; }constexpr可以修饰指针constexpr修饰的指针是顶层const也就是指针本身。1.3 constexpr函数constexpr普通函数要求函数声明的参数和返回值都是字⾯值类型(整形、浮点型、指针、引⽤等)函数返回值类型不能是空。要求函数体中只包含⼀条 return 返回语句不能定义局部变量循环条件判断等控制流并且返回值必须是常量表达式。#include iostream using namespace std; constexpr int size() { return 10; } constexpr int func(int x) { return 10 x; } constexpr int factorial(int n) { return n 1 ? 1 : n * factorial(n - 1); } int main() { constexpr int x size(); constexpr int y func(2); constexpr int z factorial(5); cout x y z endl; return 0; }constexpr构造函数constexpr不能修饰⾃定义类型但是⽤constexpr修饰类的构造函数后可以就可以。该类的所有成员变量必须是字⾯类型(literal type)constexpr构造函数必须在初始化列表初始化所有成员变量构造对象实参必须使⽤常量表达式函数体必须为空析构函数必须是平凡的不做任何实际清理工作。#includeiostream using namespace std; class Date { public: constexpr Date(int year, int month, int day) :_year(year) , _month(month) , _day(day) { } private: int _year; int _month; int _day; }; int main() { int x 2025; //constexpr Date d0(x, 9, 8); // 报错 constexpr Date d1(2025, 9, 8); return 0; }constexpr成员函数constexpr成员函数自动成为 const 成员函数这意味着它们不能修改对象的成员变量其他要求跟普通函数⼀样。另外constexpr成员函数不能是虚函数。C11 标准规定如果 constexpr 修饰的模板函数实例化结果不满足常量表达式函数的要求则 constexpr 会被自动忽略即该函数就等同于⼀个普通函数。C11中对constexpr函数要求较多C14/C17/C20中会逐步放开后面会讲解。1.4 constexpr 在C14中的演进C14最显著的改进是大幅放宽了对constexpr函数的限制使其语法和功能更接近普通函数。函数限制的全面放宽• 局部变量允许声明和初始化局部变量只要在constexpr上下⽂中使⽤• 控制流语句⽀持if条件分⽀、for/while循环、switch语句等• 多return语句函数体不再限于单⼀return语句constexpr int factorial(int n) { int res 1; // 允许局部变量 for (int i 2; i n; i) // 允许循环 { res * i; } return res; } constexpr size_t stringLength(const char* str) { size_t len 0; while (str[len] ! \0) len; return len; } constexpr size_t len stringLength(Hello); // 编译期计算5支持更复杂的返回类型•C14允许constexpr函数返回非基本类型包括void返回自定义类、STL容器(std::array)、其他符合constexpr要求的复合类型1.5 constexpr在C17中的演进if constexpr - 编译期条件分支if constexpr 是 C17 引⼊的⼀种条件编译语句它允许在编译时根据常量表达式的结果决定编译哪部分代码未选择的分支代码不会编译成指令直接丢弃。constexpr lambda 表达式• lambda表达式可标记为constexpr• 捕获必须是编译期常量• 函数体需满足constexpr函数要求int main() { // constexpr lambda⽰例 constexpr int n 10; int y 0; constexpr auto square [n](int x) constexpr -int{ return x * x * n; }; constexpr int result square(5); // 编译期计算250 return 0; }1.6 constexpr在C20中的演进动态内存分配的编译期支持支持 new / delete 允许在 constexpr 上下文中使用动态内存分配constexpr int dynamic_memory_example() { int* p new int{ 42 }; // 编译期分配 int value *p; delete p; // 必须显式释放 return value; } int main() { constexpr int v dynamic_memory_example(); // 42 return 0; }标准库的逐步constexpr化try-catch 的全面支持constexpr 联合体(union)constexpr 可变(mutable)成员constexpr成员函数中成员变量是不能修改的但是我们定义成员变量时加上mutable修饰这个成员变量在constexpr成员函数中就可以修改了。constexpr 虚函数支持C20标准对constexpr关键字进⾏了⾰命性的增强将编译期计算能⼒提升到了前所未有的⾼度。这些改进不仅⼤幅扩展了constexpr的应⽤范围还使其成为现代C元编程和性能优化的核⼼⼯具。1.7 C20的constevalconstexpr (常量表达式)的核⼼思想是 “允许” 在编译期进⾏计算。被它修饰的函数编译器会验证其是否可以在编译时求值。如果可以它很可能在编译期就被计算好但如果上下⽂要求它在运⾏时计算它也可以像⼀个普通函数⼀样运⾏。也就是说 constexpr 函数可以在编译期运⾏也可以在运⾏期运⾏它是否在编译期求值取决于调⽤它的上下⽂。constexpr int square(int x) { return x * x; } int main() { // 场景1编译时求值 constexpr int const_val square(10); // 必须在编译时计算 // 场景2运⾏时求值 int runtime_input 5; int runtime_val square(runtime_input); // 在运⾏时像普通函数⼀样调⽤ return 0; }consteval 是为了解决 constexpr 的“不确定性”⽽引⼊的。 consteval 的核⼼思想是创建⼀个必须在编译期求值的函数它被称为⽴即函数。它⽐ constexpr 更严格它修饰的函数必须在编译时被调⽤和求值。如果⼀个 consteval 函数不能在编译时被求值那么程序将⽆法通过编译。将上⾯代码square函数改成 consteval 修饰会编译报错。2、类型处理2.1 auto编译器推导auto类型时有时候也会和初始值的类型不⼀样编译器会适当的改变结果类型使其更符合初始化规则。⾸先使⽤引⽤其实是使⽤引⽤的对象特别是当引⽤被⽤作初始值时真正参与初始化的其实是引⽤对象的值所以编译器推导auto为引⽤对象的类型⽽不是引⽤。其次⼀个带有const属性的值初始化auto对象推导时忽略掉顶层const保留底层const。• auto不能⾃动推导出引⽤类型所以我们如果想将auto推导为引⽤类型需要明确的指出autox i;• auto不能推导出顶层const如果想使⽤auto推导出顶层const需要明确的指出const auto x ci;• auto 声明⼀个左值引用它只能绑定到左值如果初始化对象有const属性推导时会保持const 限定符否则涉及权限放⼤。• const auto 声明⼀个const 左值引⽤既可以绑定到左值⼜可以绑定到右值不会修改绑定对象。• auto 是万能引⽤遵循引⽤折叠的规则既可以绑定到左值⼜可以绑定到右值初始化表达式⾃动推导为左值引⽤或右值引⽤如果初始化对象有const属性推导时会保持 const 限定符。2.2 decltype如果我们希望⽤表达式推出变量的类型但是不想⽤表达式的值初始化变量那么这时可以使⽤decltype。需要注意的是编译器并不会实际调⽤f函数⽽是⽤f的返回类型作为x的类型。#include iostream using namespace std; int main() { int i 0; const int ci 0; const int rci ci; decltype(i) m 1; // m的类型是int decltype(ci) x 1; // x的类型是const int m; //x; // 报错 decltype(rci) y x; // y的类型是const int //y;// 报错 return 0; }2.3 尾置返回类型尾置返回类型是C11引⼊的⼀种函数声明语法它允许将函数的返回类型放在参数列表之后⽽不是函数名前。尾置返回类型的语法这⾥我们简单的做个了解即可因为C14引⽤了auto做返回类型时返回类型⾃动推导很多地⽅就不太需要尾置返回类型了。为什么需要尾置返回类型1. 提⾼代码可读性特别是当返回类型很⻓或复杂时2. ⽀持Lambda表达式Lambda表达式的返回类型必须使⽤尾置语法3. 模板编程在模板函数中返回类型可能依赖于参数类型// 1. 复杂返回类型 auto getComplexType() - std::mapstd::string, std::vectorint { // ... } // 2. 依赖参数类型的返回类型 template typename T, typename U auto add(T t, U u) - decltype(t u) { return t u; } // 3. lambda表达式 auto lambda [](int x) - double { return x * 1.5; };2.4 typedef和usingC98中我们⼀般使⽤typedef重定义类型名也很⽅便但是typedef不⽀持带模板参数的类型重定义。C11中新增了using可以替代typedefusing 的别名语法覆盖了 typedef 的全部功能不少场景还更清晰⼀些⽐如函数指针的重定义其次最⼤的变化是⽀持带模板参数重定义的语法。#include map #include string using namespace std; //typedef mapstring, int CountMap; //typedef int DateType; //typedef void (*Callback)(int); // using 兼容typedef的⽤法 using CountMap mapstring, int; using STDateType int; using Callback void (*)(int); // using⽀持带模板参数的类型重定义 templateclass Val using Map mapstring, Val; templateclass Val using MapIter typename mapstring, Val::iterator; int main() { Mapint countMap; MapIterstring dit dictMap.begin(); return 0; }
C++11拓展学习（上）
1、constexpr1.1 顶层const和底层constC为了区分把本身被const修饰叫做顶层const把指向的对象被const修饰叫做底层const。大多数对象被const修饰都叫做顶层const。指针被const修饰时* 左边的const叫做底层const* 右边的const叫做顶层const。const修饰引用时这个const是底层const。int main() { int i 0; int* const p1 i; // 顶层const const int ci 42; // 顶层const const int* p2 ci; // 底层const const int r ci; // 底层const return 0; }1.2 constexpr和常量表达式常量表达式是指值不会改变并且在编译过程中就能得到计算结果的表达式。字面值、常量表达式初始化的const对象都是常量表达式但是变量初始化的const对象不是常量表达式。int size() { int n 10; return n; } int main() { const int a 1; // 是 const int b a 1; // 是 int c 1; // 不是 const int d c; // 不是 const int e size(); // 不是 return 0; }constexprconstant expression是C11引入的一个关键字用于指定常量表达式。它允许编译器在编译时计算表达式的值从而提高运行时性能并增强类型安全性。constexpr可以修饰变量constexpr修饰的变量一定是常量表达式且必须用常量表达式初始化否则会报错。int main() { constexpr int aa 1; constexpr int bb aa 1; //constexpr int cc c; // 报错 //constexpr int cc size(); // 报错 return 0; }constexpr可以修饰指针constexpr修饰的指针是顶层const也就是指针本身。1.3 constexpr函数constexpr普通函数要求函数声明的参数和返回值都是字⾯值类型(整形、浮点型、指针、引⽤等)函数返回值类型不能是空。要求函数体中只包含⼀条 return 返回语句不能定义局部变量循环条件判断等控制流并且返回值必须是常量表达式。#include iostream using namespace std; constexpr int size() { return 10; } constexpr int func(int x) { return 10 x; } constexpr int factorial(int n) { return n 1 ? 1 : n * factorial(n - 1); } int main() { constexpr int x size(); constexpr int y func(2); constexpr int z factorial(5); cout x y z endl; return 0; }constexpr构造函数constexpr不能修饰⾃定义类型但是⽤constexpr修饰类的构造函数后可以就可以。该类的所有成员变量必须是字⾯类型(literal type)constexpr构造函数必须在初始化列表初始化所有成员变量构造对象实参必须使⽤常量表达式函数体必须为空析构函数必须是平凡的不做任何实际清理工作。#includeiostream using namespace std; class Date { public: constexpr Date(int year, int month, int day) :_year(year) , _month(month) , _day(day) { } private: int _year; int _month; int _day; }; int main() { int x 2025; //constexpr Date d0(x, 9, 8); // 报错 constexpr Date d1(2025, 9, 8); return 0; }constexpr成员函数constexpr成员函数自动成为 const 成员函数这意味着它们不能修改对象的成员变量其他要求跟普通函数⼀样。另外constexpr成员函数不能是虚函数。C11 标准规定如果 constexpr 修饰的模板函数实例化结果不满足常量表达式函数的要求则 constexpr 会被自动忽略即该函数就等同于⼀个普通函数。C11中对constexpr函数要求较多C14/C17/C20中会逐步放开后面会讲解。1.4 constexpr 在C14中的演进C14最显著的改进是大幅放宽了对constexpr函数的限制使其语法和功能更接近普通函数。函数限制的全面放宽• 局部变量允许声明和初始化局部变量只要在constexpr上下⽂中使⽤• 控制流语句⽀持if条件分⽀、for/while循环、switch语句等• 多return语句函数体不再限于单⼀return语句constexpr int factorial(int n) { int res 1; // 允许局部变量 for (int i 2; i n; i) // 允许循环 { res * i; } return res; } constexpr size_t stringLength(const char* str) { size_t len 0; while (str[len] ! \0) len; return len; } constexpr size_t len stringLength(Hello); // 编译期计算5支持更复杂的返回类型•C14允许constexpr函数返回非基本类型包括void返回自定义类、STL容器(std::array)、其他符合constexpr要求的复合类型1.5 constexpr在C17中的演进if constexpr - 编译期条件分支if constexpr 是 C17 引⼊的⼀种条件编译语句它允许在编译时根据常量表达式的结果决定编译哪部分代码未选择的分支代码不会编译成指令直接丢弃。constexpr lambda 表达式• lambda表达式可标记为constexpr• 捕获必须是编译期常量• 函数体需满足constexpr函数要求int main() { // constexpr lambda⽰例 constexpr int n 10; int y 0; constexpr auto square [n](int x) constexpr -int{ return x * x * n; }; constexpr int result square(5); // 编译期计算250 return 0; }1.6 constexpr在C20中的演进动态内存分配的编译期支持支持 new / delete 允许在 constexpr 上下文中使用动态内存分配constexpr int dynamic_memory_example() { int* p new int{ 42 }; // 编译期分配 int value *p; delete p; // 必须显式释放 return value; } int main() { constexpr int v dynamic_memory_example(); // 42 return 0; }标准库的逐步constexpr化try-catch 的全面支持constexpr 联合体(union)constexpr 可变(mutable)成员constexpr成员函数中成员变量是不能修改的但是我们定义成员变量时加上mutable修饰这个成员变量在constexpr成员函数中就可以修改了。constexpr 虚函数支持C20标准对constexpr关键字进⾏了⾰命性的增强将编译期计算能⼒提升到了前所未有的⾼度。这些改进不仅⼤幅扩展了constexpr的应⽤范围还使其成为现代C元编程和性能优化的核⼼⼯具。1.7 C20的constevalconstexpr (常量表达式)的核⼼思想是 “允许” 在编译期进⾏计算。被它修饰的函数编译器会验证其是否可以在编译时求值。如果可以它很可能在编译期就被计算好但如果上下⽂要求它在运⾏时计算它也可以像⼀个普通函数⼀样运⾏。也就是说 constexpr 函数可以在编译期运⾏也可以在运⾏期运⾏它是否在编译期求值取决于调⽤它的上下⽂。constexpr int square(int x) { return x * x; } int main() { // 场景1编译时求值 constexpr int const_val square(10); // 必须在编译时计算 // 场景2运⾏时求值 int runtime_input 5; int runtime_val square(runtime_input); // 在运⾏时像普通函数⼀样调⽤ return 0; }consteval 是为了解决 constexpr 的“不确定性”⽽引⼊的。 consteval 的核⼼思想是创建⼀个必须在编译期求值的函数它被称为⽴即函数。它⽐ constexpr 更严格它修饰的函数必须在编译时被调⽤和求值。如果⼀个 consteval 函数不能在编译时被求值那么程序将⽆法通过编译。将上⾯代码square函数改成 consteval 修饰会编译报错。2、类型处理2.1 auto编译器推导auto类型时有时候也会和初始值的类型不⼀样编译器会适当的改变结果类型使其更符合初始化规则。⾸先使⽤引⽤其实是使⽤引⽤的对象特别是当引⽤被⽤作初始值时真正参与初始化的其实是引⽤对象的值所以编译器推导auto为引⽤对象的类型⽽不是引⽤。其次⼀个带有const属性的值初始化auto对象推导时忽略掉顶层const保留底层const。• auto不能⾃动推导出引⽤类型所以我们如果想将auto推导为引⽤类型需要明确的指出autox i;• auto不能推导出顶层const如果想使⽤auto推导出顶层const需要明确的指出const auto x ci;• auto 声明⼀个左值引用它只能绑定到左值如果初始化对象有const属性推导时会保持const 限定符否则涉及权限放⼤。• const auto 声明⼀个const 左值引⽤既可以绑定到左值⼜可以绑定到右值不会修改绑定对象。• auto 是万能引⽤遵循引⽤折叠的规则既可以绑定到左值⼜可以绑定到右值初始化表达式⾃动推导为左值引⽤或右值引⽤如果初始化对象有const属性推导时会保持 const 限定符。2.2 decltype如果我们希望⽤表达式推出变量的类型但是不想⽤表达式的值初始化变量那么这时可以使⽤decltype。需要注意的是编译器并不会实际调⽤f函数⽽是⽤f的返回类型作为x的类型。#include iostream using namespace std; int main() { int i 0; const int ci 0; const int rci ci; decltype(i) m 1; // m的类型是int decltype(ci) x 1; // x的类型是const int m; //x; // 报错 decltype(rci) y x; // y的类型是const int //y;// 报错 return 0; }2.3 尾置返回类型尾置返回类型是C11引⼊的⼀种函数声明语法它允许将函数的返回类型放在参数列表之后⽽不是函数名前。尾置返回类型的语法这⾥我们简单的做个了解即可因为C14引⽤了auto做返回类型时返回类型⾃动推导很多地⽅就不太需要尾置返回类型了。为什么需要尾置返回类型1. 提⾼代码可读性特别是当返回类型很⻓或复杂时2. ⽀持Lambda表达式Lambda表达式的返回类型必须使⽤尾置语法3. 模板编程在模板函数中返回类型可能依赖于参数类型// 1. 复杂返回类型 auto getComplexType() - std::mapstd::string, std::vectorint { // ... } // 2. 依赖参数类型的返回类型 template typename T, typename U auto add(T t, U u) - decltype(t u) { return t u; } // 3. lambda表达式 auto lambda [](int x) - double { return x * 1.5; };2.4 typedef和usingC98中我们⼀般使⽤typedef重定义类型名也很⽅便但是typedef不⽀持带模板参数的类型重定义。C11中新增了using可以替代typedefusing 的别名语法覆盖了 typedef 的全部功能不少场景还更清晰⼀些⽐如函数指针的重定义其次最⼤的变化是⽀持带模板参数重定义的语法。#include map #include string using namespace std; //typedef mapstring, int CountMap; //typedef int DateType; //typedef void (*Callback)(int); // using 兼容typedef的⽤法 using CountMap mapstring, int; using STDateType int; using Callback void (*)(int); // using⽀持带模板参数的类型重定义 templateclass Val using Map mapstring, Val; templateclass Val using MapIter typename mapstring, Val::iterator; int main() { Mapint countMap; MapIterstring dit dictMap.begin(); return 0; }
