C++中constexpr與函數(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)的操作方法

更新時間：2024年02月27日 10:23:01 作者：leapmotion

constexpr是c++11引入的關鍵字,c++11的constexpr的函數(shù)中只是支持單句代碼,c++14限制放寬,可以在里邊寫循環(huán)及邏輯判斷等語句,本文探討關于constexpr的函數(shù)中參數(shù)的現(xiàn)象,以及如果參數(shù)是constexpr如何做轉(zhuǎn)發(fā),感興趣的朋友一起看看吧

序

本文和大家探討下關于constexpr的函數(shù)中參數(shù)的現(xiàn)象，以及如果參數(shù)是constexpr如何做轉(zhuǎn)發(fā)

關于constexpr函數(shù)

constexpr是c++11引入的關鍵字，c++11的constexpr的函數(shù)中只是支持單句代碼，c++14限制放寬，可以在里邊寫循環(huán)及邏輯判斷等語句。
constexpr形容函數(shù)表示該函數(shù)被編譯期計算或者調(diào)用。但是只能是可能被編譯期計算，舉例來說：

constexpr int square(int num) {
    return num * num;
}

假設這里有一個計算平方的函數(shù)是constexpr形容，那么我如果這樣調(diào)用：

int main() {
    int val = square(12);
}

我們可以看下編譯后的匯編：

main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], 144 // 這里
        mov     eax, 0
        pop     rbp
        ret

可以看到main函數(shù)里在運行時根本沒有去調(diào)用square函數(shù)，而是在編譯期直接將square函數(shù)計算得出144并賦值。也就是說傳遞參數(shù)是字面量（或者constexpr變量）可以被認定是編譯期調(diào)用。

那么我們?nèi)绻麚Q一種方式調(diào)用呢？

int main() {
    int p = 12;
    int val = square(p);
}

通過參數(shù)傳遞進來，再來看下匯編：

square(int):
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]
        imul    eax, eax
        pop     rbp
        ret
main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16
        mov     DWORD PTR [rbp-4], 12
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]
        mov     edi, eax
        call    square(int)
        mov     DWORD PTR [rbp-8], eax
        mov     eax, 0
        leave
        ret

略顯復雜，不需要關注很多匯編代碼，我們只需要知道運行時確實會去執(zhí)行square函數(shù)。

constexpr函數(shù)小結

那也就是說constexpr函數(shù)并不是完全是編譯期執(zhí)行，編譯器其實和你傳遞的參數(shù)或者函數(shù)內(nèi)部的一些邏輯來判斷。

constexpr參數(shù)傳遞

這里假設有一個這樣的例子：

// ...
struct AddSum {
    void add(int val) {
        constexpr auto sq = square(val);
        sum += sq;
    }
    int sum = 0;
};
int main() {
    constexpr int p = 12;
    AddSum a;
    a.add(p);
    return 0;    
}

需要把一些編譯期的數(shù)字的平方加起來，在add函數(shù)中使用constexpr來接收square的返回值，因為這樣可以使得square是編譯期執(zhí)行的，不過可惜的是這里不能通過編譯，因為square不能確定val是不是constexpr。但是我們明明傳遞的就是constexpr的變量。那么問題來了，如何在傳參數(shù)的時候能夠?qū)?code>constexpr的屬性進行傳遞呢？

C++并不支持在形參使用constexpr限制：

// error: Function parameter cannot be constexpr
void add(constexpr int val) { 
    // ...
}

且使用完美轉(zhuǎn)發(fā)也不能將constexpr進行傳遞。

template<typename T>
void add(T&& val) {
     constexpr auto sq = square(val); // error
}

使用非類型模板參數(shù)

既然用到了模板，那么我們完全可以將val作為非類型的模板參數(shù)進行傳遞：

template<int val>
void add() {
    constexpr auto sq = square(val);
    sum += sq;
}

如果這里就結束的話，那確實不值得討論了，非類型模板參數(shù)的問題是只能傳遞一些基本類型，我們自定的類constexpr對象則不能傳遞。

值內(nèi)嵌的類型

其實我們可以借助一個helper類，將要傳遞的值封裝在這里類里，然后需要的時候取出來。如下：

struct Helper {
    static constexpr int value() {
        return 12;
    }
};
struct AddSum {
    template<typename H>
    void add(H) {
        constexpr auto sq = square(H::value());
        sum += sq;
    }
    int sum = 0;
};
int main() {
    AddSum a;
    a.add(Helper{});
    return 0;
}

可以看到我們Helper中value用來封裝了要傳遞的int值，然后將Helper的對象傳遞給add，進一步可以獲取到value。

這里不能通用，因為我們需要在helper里寫死這個值，又沒辦法將值傳遞給helper，感覺又繞回來了。哈哈，這里我們使用宏來定義一個通用的模式：

#define CONSTEXPR_HELPER(...)                 \
struct Helper {                               \
    static constexpr decltype(auto) value() { \
        return __VA_ARGS__;                   \
    }                                         \
};
int main() {
    AddSum a;
    using H = CONSTEXPR_HELPER(12);
    a.add(H{});
    return 0;
}

這種情況下就可以使用任意類型的的constexpr屬性進行傳遞了。同時也可以將值在調(diào)用時傳遞而不是寫死。

constexpr的lambda表達式

C++17出現(xiàn)了constexpr形式的lambda表達式，我們可以借助它來實現(xiàn)constexpr的傳遞

struct AddSum {
    template<typename H>
    void add(H h) {
        constexpr auto sq = square(h());
        sum += sq;
    }
    int sum = 0;
};
int main() {
    AddSum a;
    a.add([](){
        return 12;
    });
    return 0;
}

這里我們使用constexpr的lambda對象傳遞給add函數(shù)，同時傳遞過來的lambda表達式仍然具有l(wèi)ambda屬性，然后調(diào)用將值獲取到。

這樣也就是在C++17版本不需要使用宏來定義內(nèi)嵌值的類型。