【C 面試真題】C 的 const 和 constexpr 有什么區(qū)別摘要const管能不能改只讀語義constexpr管能不能在編譯期算出來編譯期常量。const變量可能運(yùn)行期才確定值constexpr變量必須編譯期可知且隱含constconstexpr函數(shù)可以雙向運(yùn)行——編譯期輸入得編譯期結(jié)果運(yùn)行期輸入則退化為普通函數(shù)。本文用問答方式逐層拆解涵蓋核心區(qū)別、經(jīng)典誤區(qū)、C11→C20 演進(jìn)及面試高頻追問。上期聊完static文末埋了個(gè)坑下期聊const和constexpr。這倆長(zhǎng)得像、都跟常量沾邊卻是面試?yán)镒钊菀追嚨囊粚?duì)概念。很多同學(xué)張口就答const 是常量結(jié)果被一句const int n rand();合法嗎直接帶走。本文用問答的方式把它們一次掰扯清楚。一、先說結(jié)論? 說說 C 中的 const 和 constexpr 有什么本質(zhì)區(qū)別? const和constexpr的本質(zhì)區(qū)別概括起來就是const修飾的是只讀語義——“我承諾不寫它但不保證它是什么時(shí)候算出來的”constexpr修飾的是編譯期可求值——“它的值必須在編譯階段就能算出來”。最小對(duì)比例子// 只讀但值運(yùn)行期才確定constintarand();// ? a 不能當(dāng)編譯期常量用// 編譯期就能算出來constexprintb3*7;// ? b 21編譯期常量a合法、但不是編譯期可知b必須編譯期可知。這就是全部差異的根。記一個(gè)口訣const 管能不能改constexpr 管能不能在編譯期算出來。前者是訪問權(quán)限后者是求值時(shí)機(jī)。一點(diǎn)歷史背景const從 C 時(shí)代就有C 沿用并擴(kuò)展原本就是只讀的語義而constexpr是C11才引入的新關(guān)鍵字專門用來表達(dá)編譯期常量。在constexpr出現(xiàn)之前C 程序員想定義編譯期常量只能借助const加常量初始化這種約定俗成的寫法語義含糊。constexpr的誕生就是要把編譯期可知這件事明明白白地寫出來讓編譯器替你把關(guān)——不滿足就編譯報(bào)錯(cuò)而不是留到運(yùn)行期才發(fā)現(xiàn)。二、const 到底保證了什么? 那 const 真的等于常量嗎? 不等于。const 保證的是只讀不是編譯期可知?？催@個(gè)經(jīng)典反例#includecstdlibintmain(){// 值運(yùn)行期才確定constintnrand();// 之后只讀沒問題// n 10; // ? 編譯錯(cuò)只讀}n是 const合法——因?yàn)樗跏蓟蟛辉俑淖?。但它的值來自rand()編譯器根本沒法在編譯期知道它是多少。后果是凡是要編譯期常量的地方n都用不了// 設(shè) const int n rand();std::arrayint,na;// ? 數(shù)組大小switch(x){casen:// ? case 標(biāo)簽break;}Tnobj;// ? 模板實(shí)參但反過來如果 const 變量恰好用常量表達(dá)式初始化它就同時(shí)也是編譯期常量constintN10;// 常量表達(dá)式初始化intarr[N];// ? 可以當(dāng)數(shù)組大小所以更準(zhǔn)確的說法是const 是只讀至于它是不是編譯期常量要看它的初始化方式。再補(bǔ)一個(gè)容易混的細(xì)節(jié)const 修飾對(duì)象本身只讀并不限制它的來源。它可以來自rand()、來自文件讀入、來自函數(shù)返回值——只要初始化之后不再修改就滿足 const 的契約。加分點(diǎn)const 的反義詞不是變量而是mutable。它管的是訪問權(quán)限只讀不是值的來源時(shí)間。const 最實(shí)用的價(jià)值其實(shí)是契約——函數(shù)參數(shù)寫成const T是在告訴調(diào)用方我不會(huì)改你的數(shù)據(jù)。順帶提一句在const成員函數(shù)里mutable成員仍可修改。這是 const 唯一的后門常用于緩存、互斥鎖等邏輯上不影響對(duì)象狀態(tài)的場(chǎng)景。三、constexpr 到底保證了什么? 那 constexpr 又保證了什么? constexpr 保證被它修飾的東西值能在編譯期算出來。分兩種用法。1. constexpr 變量——必須是編譯期常量且必須立刻初始化、隱含 constconstexprintx10;// 編譯期常量// x 5; // ? 隱含 const只讀intbuf[x];// ? 可當(dāng)數(shù)組大小2. constexpr 函數(shù)——“在給定編譯期輸入時(shí)能在編譯期算出結(jié)果”constexprintsquare(intn){returnn*n;}intmain(){// 入?yún)⑹蔷幾g期值constexprintasquare(5);// ? 25// 入?yún)⑹沁\(yùn)行期值intbsquare(rand());// ↑ 按普通函數(shù)在運(yùn)行期跑}??重點(diǎn)高頻考點(diǎn)constexpr 函數(shù)不是只能在編譯期跑。傳入運(yùn)行期值時(shí)它就退化成普通函數(shù)在運(yùn)行期執(zhí)行。它的語義是可以在編譯期跑不是只能在編譯期跑。這是一個(gè)非常大的理解誤區(qū)。怎么判斷這次調(diào)用到底在哪個(gè)階段跑看接收結(jié)果的容器結(jié)果賦給constexpr變量、或用在static_assert、模板實(shí)參、數(shù)組大小里——編譯器強(qiáng)制在編譯期求值入?yún)⒁脖仨毷蔷幾g期值結(jié)果賦給普通變量——可以在運(yùn)行期跑此時(shí)入?yún)o所謂編譯器自行決定要不要在編譯期優(yōu)化掉。一句話constexpr 函數(shù)是雙向的跑在哪一端由調(diào)用點(diǎn)決定。四、核心區(qū)別對(duì)比表維度constconstexpr管什么只讀語義編譯期可求值求值時(shí)機(jī)運(yùn)行期也行必須編譯期可知運(yùn)行期初始化? 允許? 禁止當(dāng)數(shù)組/模板實(shí)參視初始化而定? 一定可以當(dāng) case 標(biāo)簽視初始化而定? 一定可以修飾函數(shù)? 不能? 可以是否互相蘊(yùn)含不蘊(yùn)含 constexpr變量隱含 const五、二者不是互斥而是可疊加? 那能同時(shí)寫 const 和 constexpr 嗎? 能但對(duì)變量來說寫 constexpr 就夠了——constexpr 變量隱含 const再寫 const 是多余的constexprintx5;// 已隱含 constconstexprconstinty5;// ? 合法但多余真正常組合用的是和static用來在類里定義編譯期常量classC{staticconstexprintk8;// C11類內(nèi)可初始化// 但取地址仍需類外定義// C17constexpr 隱含// inline類外不必再寫};指針這塊最容易搞混。const T*和T* const是指向 const和const 指針的區(qū)別而constexpr 指針說的是指針本身是編譯期常量跟它指向的對(duì)象是否 const無關(guān)intg1;// constexpr 修飾指針本身constexprint*pg;*p2;// ? 寫 g合法// 注意指向的對(duì)象 g 非 const六、經(jīng)典誤區(qū)與陷阱? 實(shí)際寫代碼最容易踩哪些坑? 三個(gè)典型誤區(qū)全是面試和實(shí)戰(zhàn)的高發(fā)區(qū)。誤區(qū)①把 const 當(dāng)編譯期常量constintszget_size();// 運(yùn)行期值// int arr[sz]; // ? VLA// 應(yīng)改用std::vectorintv(sz);// ? 運(yùn)行期大小誤區(qū)②以為 constexpr 函數(shù)必須編譯期執(zhí)行constexprintadd(inta,intb){returnab;}// 運(yùn)行期調(diào)用完全合法intxadd(rand(),rand());// 不報(bào)錯(cuò)當(dāng)普通函數(shù)跑誤區(qū)③本該用 constexpr卻寫成 const白白丟優(yōu)化// 前提factorial 是 constexprconstexprintfactorial(intn){returnn1?1:n*factorial(n-1);}constintvfactorial(5);// ? 不保證編譯期算可能留到運(yùn)行期constexprintv2factorial(5);// ? 逼編譯期算出來實(shí)操建議能加constexpr就加。它是超集——既能在編譯期算優(yōu)化、當(dāng)常量又能在運(yùn)行期跑?，F(xiàn)代 C 鼓勵(lì)把能在編譯期算的東西都標(biāo)成 constexpr。七、constexpr 函數(shù)的演進(jìn)C11 → C20? constexpr 函數(shù)的限制是不是越來越松了? 對(duì)每個(gè)版本都在大幅放寬版本函數(shù)體里允許什么C11單條 return極簡(jiǎn)C14if / for / 局部變量C17if constexprC20new / try / string / vector加分點(diǎn)C20 起連std::string、std::vector都能在 constexpr 上下文里用了編譯期計(jì)算的能力大漲。甚至能在編譯期排序、做字符串處理。這也是為什么現(xiàn)在越來越多的庫函數(shù)std::numeric_limits、std::vector的部分接口都加了 constexpr。八、面試高頻追問Q1const 變量能當(dāng)數(shù)組大小嗎看初始化。const int N 10;? 可以編譯期可知const int N f();? 不行運(yùn)行期才知。Q2constexpr 函數(shù)在運(yùn)行期調(diào)用結(jié)果還算常量表達(dá)式嗎不算。只有當(dāng)本次調(diào)用的入?yún)⒍际蔷幾g期值時(shí)結(jié)果才是編譯期常量否則它退化成普通函數(shù)結(jié)果就是運(yùn)行期值。Q3const 和 constexpr 能同時(shí)寫嗎能。變量上constexpr 已隱含 const再加 const 多余。成員函數(shù)上二者正交完全可以同時(shí)出現(xiàn)例如constexpr int f() const;表示一個(gè)編譯期可求值、且不修改對(duì)象的成員函數(shù)。Q4constexpr 函數(shù)能調(diào)用普通函數(shù)嗎不能直接調(diào)用非 constexpr函數(shù)在編譯期求值的路徑上。C14 起可以自由調(diào)用其他 constexpr 函數(shù)。所以想讓一個(gè)函數(shù)能在編譯期用它調(diào)用的下游函數(shù)也得是 constexpr。Q5constexpr 變量能不初始化嗎不能。constexpr 變量必須在聲明處用常量表達(dá)式初始化否則編譯報(bào)錯(cuò)——這跟 const 不一樣const 可以只聲明不初始化如extern const int n;。九、總結(jié)速查表特性constconstexpr本質(zhì)只讀編譯期常量運(yùn)行期初始化??當(dāng)數(shù)組/模板實(shí)參視初始化而定?當(dāng) case 標(biāo)簽視初始化而定?修飾函數(shù)??修飾變量能否不初始化能不能互相蘊(yùn)含不蘊(yùn)含隱含 const一句話回顧const 管能不能改constexpr 管能不能在編譯期算出來。前者是訪問權(quán)限后者是求值時(shí)機(jī)——記住這一句再加一句constexpr 變量隱含 const、constexpr 函數(shù)也能在運(yùn)行期跑這題就穩(wěn)了。如果這篇對(duì)你有幫助歡迎收藏 。下期我們聊聊auto與decltype的那些坑敬請(qǐng)關(guān)注