有关constexpr构造函数的问题

搬砖小龙虾 2018-10-30 08:41:03

在翻阅c++ primer时了解到，构造函数是没有返回类型的，但是constexpr函数需要返回类型，所以为什么构造函数能声明为constexpr?

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搬砖小龙虾 2018-11-02

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引用 5 楼 xskxzr 的回复：

构造函数是特殊的成员函数，constexpr构造函数有其他特殊的规则。

嗯嗯，有点明白了

xskxzr 2018-11-02

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构造函数是特殊的成员函数，constexpr构造函数有其他特殊的规则。

真相重于对错 2018-10-31

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constexpr 指定符(C++11 起)

C++

C++ 语言

声明

constexpr - 指定变量或函数的值能出现在常量表达式中

解释

constexpr 指定符声明可以在编译时求得函数或变量的值。然后这些变量和函数（若给定了合适的函数参数）可用于仅允许编译时常量表达式之处。用于对象或非静态成员函数 (C++14 前)声明的 constexpr 指定符隐含 const 。用于函数声明的 constexpr 指定符或 static 成员变量 (C++17 起)隐含 inline 。

constexpr 变量必须满足下列要求：

其类型必须是字面类型 (LiteralType) 。
它必须被立即初始化
其初始化的完整表达式，包括所有隐式转换、构造函数调用等，都必须是常量表达式

constexpr 函数必须满足下列要求：

它必须非虚

(C++20 前)

其返回类型必须是字面类型 (LiteralType)
其每个参数都必须是字面类型 (LiteralType)
至少存在一组参数值，使得函数的一个调用能为被求值的核心常量表达式的子表达式（对于构造函数为足以用于常量初始化器） (C++14 起)。不要求对这点的诊断。

函数体必须是被删除或被默认化，或只含有下列内容：

空语句（平凡分号）
static_assert 声明
不定义类或枚举的 typedef 声明及别名声明
using 声明
using 指令
恰好一条 return 语句。

(C++14 前)

函数体必须是被删除或被默认化，或含有下列内容外的任何语句：

asm 声明
goto 语句
拥有异于 case 和 default 标号的语句
try 块
非字面类型的变量定义
静态或线程存储期变量的定义
不进行初始化的变量定义。

(C++14 起)

constexpr 构造函数必须满足下列要求：

其每个参数都必须是字面类型 (LiteralType) 。
该类不能有虚基类
该构造函数不可有函数 try 块

构造函数体必须被删除或被默认化或只含有下列内容：

空语句
static_assert 声明
不定义类或枚举的 typedef 声明及别名声明
using 声明
using 指令

(C++14 前)

构造函数体的复合语句必须满足 constexpr 函数体的限制

(C++14 起)

对于 class 或 struct 的构造函数，每个子对象和每个非变体非 static 数据成员必须被初始化。若类是类联合体类，对于其每个非空匿名联合体成员，必须恰好有一个变体成员被初始化
对于非空 union 的构造函数，恰好有一个非 static 数据成员被初始化
每个被选作初始化非 static 成员和基类的构造函数必须是 constexpr 构造函数。

对于 constexpr 函数模板和类模板的 constexpr 函数成员，必须至少有一个特化满足上述要求。其他特化仍被认为是 constexpr ，尽管常量表达式中不能出现这种函数的调用。
注意

因为 noexcept 运算符始终对常量表达式返回 true ，故它可用于检查具体特定的 constexpr 函数调用是否采用常量表达式分支：

constexpr int f();
constexpr bool b1 = noexcept(f()); // false， constexpr 函数未定义
constexpr int f() { return 0; }
constexpr bool b2 = noexcept(f()); // true， f() 是常量表达式

(C++17 前)

constexpr 构造函数允许用于非字面类型的类。例如， std::unique_ptr 的默认构造函数是 constexpr ，允许常量初始化。

引用变量可声明为 constexpr （其初始化器必须是引用常量表达式）：

static constexpr int const& x = 42; // 到 const int 对象的 constexpr 引用
// （该对象拥有静态存储期，因为 static 引用续命）

关键词

constexpr
示例

计算阶乘的 C++11 constexpr 函数的定义，及扩展字符串字面量的字面类型：

运行此代码

#include <iostream>
#include <stdexcept>

// C++11 constexpr 函数使用递归而非迭代
// （ C++14 constexpr 函数可使用局部变量和循环）
constexpr int factorial(int n)
{
return n <= 1? 1 : (n * factorial(n - 1));
}

// 字面类
class conststr {
const char* p;
std::size_t sz;
public:
template<std::size_t N>
constexpr conststr(const char(&a)[N]): p(a), sz(N - 1) {}

// constexpr 函数通过抛异常来提示错误
// C++11 中，它们必须用条件运算符?:这么做
constexpr char operator[](std::size_t n) const
{
return n < sz ? p[n] : throw std::out_of_range("");
}
constexpr std::size_t size() const { return sz; }
};

// C++11 constexpr 函数必须把一切放在单条 return 语句中
// （ C++14 无该要求）
constexpr std::size_t countlower(conststr s, std::size_t n = 0,
std::size_t c = 0)
{
return n == s.size() ? c :
'a' <= s[n] && s[n] <= 'z' ? countlower(s, n + 1, c + 1) :
countlower(s, n + 1, c);
}

// 输出函数要求编译时常量，以测试
template<int n>
struct constN
{
constN() { std::cout << n << '\n'; }
};

int main()
{
std::cout << "4! = " ;
constN<factorial(4)> out1; // 在编译时计算

volatile int k = 8; // 不允许使用 volatile 者优化
std::cout << k << "! = " << factorial(k) << '\n'; // 运行时计算

std::cout << "the number of lowercase letters in \"Hello, world!\" is ";
constN<countlower("Hello, world!")> out2; // 隐式转换到 conststr
}

输出：

4! = 24
8! = 40320
the number of lowercase letters in "Hello, world!" is 9

缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。
DR 应用于出版时的行为正确行为
CWG 1911 C++14 不允许对于非字面类型的 constexpr 构造函数在常量初始化中允许
CWG 2004 C++14 在常量表达式中允许复制/移动有 mutable 成员的联合体去除 mutable 变体隐式复制/移动的资格
CWG 2163 C++14 尽管 goto 在 constexpr 函数中被禁止，标号却得到允许标号也被禁止
CWG 2268 C++14 cwg 2004 曾禁止了复制/移动有 mutable 成员的联合体若该对象在常量表达式中创建，则允许
参阅

常量表达式

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搬砖小龙虾 2018-10-31

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引用 1 楼幻夢之葉的回复：

constexpr没有必须要返回值的规定吧？

constexpr函数是指能用于常量表达式的函数。函数的返回值类型以及所有的形参的类型必须是字面值（算数类型，引用，指针）类型，而且函数中必须只有一条return语句。

搬砖小龙虾 2018-10-31

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引用 3 楼真相重于对错的回复：

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constexpr - 指定变量或函数的值能出现在常量表达式中

解释

constexpr 指定符声明可以在编译时求得函数或变量的值。然后这些变量和函数（若给定了合适的函数参数）可用于仅允许编译时常量表达式之处。用于对象或非静态成员函数 (C++14 前)声明的 constexpr 指定符隐含 const 。用于函数声明的 constexpr 指定符或 static 成员变量 (C++17 起)隐含 inline 。

constexpr 变量必须满足下列要求：

其类型必须是字面类型 (LiteralType) 。
它必须被立即初始化
其初始化的完整表达式，包括所有隐式转换、构造函数调用等，都必须是常量表达式

constexpr 函数必须满足下列要求：

它必须非虚

(C++20 前)

其返回类型必须是字面类型 (LiteralType)
其每个参数都必须是字面类型 (LiteralType)
至少存在一组参数值，使得函数的一个调用能为被求值的核心常量表达式的子表达式（对于构造函数为足以用于常量初始化器） (C++14 起)。不要求对这点的诊断。

函数体必须是被删除或被默认化，或只含有下列内容：

空语句（平凡分号）
static_assert 声明
不定义类或枚举的 typedef 声明及别名声明
using 声明
using 指令
恰好一条 return 语句。

(C++14 前)

函数体必须是被删除或被默认化，或含有下列内容外的任何语句：

asm 声明
goto 语句
拥有异于 case 和 default 标号的语句
try 块
非字面类型的变量定义
静态或线程存储期变量的定义
不进行初始化的变量定义。

(C++14 起)

constexpr 构造函数必须满足下列要求：

其每个参数都必须是字面类型 (LiteralType) 。
该类不能有虚基类
该构造函数不可有函数 try 块

构造函数体必须被删除或被默认化或只含有下列内容：

空语句
static_assert 声明
不定义类或枚举的 typedef 声明及别名声明
using 声明
using 指令

(C++14 前)

构造函数体的复合语句必须满足 constexpr 函数体的限制

(C++14 起)

对于 class 或 struct 的构造函数，每个子对象和每个非变体非 static 数据成员必须被初始化。若类是类联合体类，对于其每个非空匿名联合体成员，必须恰好有一个变体成员被初始化
对于非空 union 的构造函数，恰好有一个非 static 数据成员被初始化
每个被选作初始化非 static 成员和基类的构造函数必须是 constexpr 构造函数。

对于 constexpr 函数模板和类模板的 constexpr 函数成员，必须至少有一个特化满足上述要求。其他特化仍被认为是 constexpr ，尽管常量表达式中不能出现这种函数的调用。
注意

因为 noexcept 运算符始终对常量表达式返回 true ，故它可用于检查具体特定的 constexpr 函数调用是否采用常量表达式分支：

constexpr int f();
constexpr bool b1 = noexcept(f()); // false， constexpr 函数未定义
constexpr int f() { return 0; }
constexpr bool b2 = noexcept(f()); // true， f() 是常量表达式

(C++17 前)

constexpr 构造函数允许用于非字面类型的类。例如， std::unique_ptr 的默认构造函数是 constexpr ，允许常量初始化。

引用变量可声明为 constexpr （其初始化器必须是引用常量表达式）：

static constexpr int const& x = 42; // 到 const int 对象的 constexpr 引用
// （该对象拥有静态存储期，因为 static 引用续命）

关键词

constexpr
示例

计算阶乘的 C++11 constexpr 函数的定义，及扩展字符串字面量的字面类型：

运行此代码

#include <iostream>
#include <stdexcept>

// C++11 constexpr 函数使用递归而非迭代
// （ C++14 constexpr 函数可使用局部变量和循环）
constexpr int factorial(int n)
{
return n <= 1? 1 : (n * factorial(n - 1));
}

// 字面类
class conststr {
const char* p;
std::size_t sz;
public:
template<std::size_t N>
constexpr conststr(const char(&a)[N]): p(a), sz(N - 1) {}

// constexpr 函数通过抛异常来提示错误
// C++11 中，它们必须用条件运算符?:这么做
constexpr char operator[](std::size_t n) const
{
return n < sz ? p[n] : throw std::out_of_range("");
}
constexpr std::size_t size() const { return sz; }
};

// C++11 constexpr 函数必须把一切放在单条 return 语句中
// （ C++14 无该要求）
constexpr std::size_t countlower(conststr s, std::size_t n = 0,
std::size_t c = 0)
{
return n == s.size() ? c :
'a' <= s[n] && s[n] <= 'z' ? countlower(s, n + 1, c + 1) :
countlower(s, n + 1, c);
}

// 输出函数要求编译时常量，以测试
template<int n>
struct constN
{
constN() { std::cout << n << '\n'; }
};

int main()
{
std::cout << "4! = " ;
constN<factorial(4)> out1; // 在编译时计算

volatile int k = 8; // 不允许使用 volatile 者优化
std::cout << k << "! = " << factorial(k) << '\n'; // 运行时计算

std::cout << "the number of lowercase letters in \"Hello, world!\" is ";
constN<countlower("Hello, world!")> out2; // 隐式转换到 conststr
}

输出：

4! = 24
8! = 40320
the number of lowercase letters in "Hello, world!" is 9

缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。
DR 应用于出版时的行为正确行为
CWG 1911 C++14 不允许对于非字面类型的 constexpr 构造函数在常量初始化中允许
CWG 2004 C++14 在常量表达式中允许复制/移动有 mutable 成员的联合体去除 mutable 变体隐式复制/移动的资格
CWG 2163 C++14 尽管 goto 在 constexpr 函数中被禁止，标号却得到允许标号也被禁止
CWG 2268 C++14 cwg 2004 曾禁止了复制/移动有 mutable 成员的联合体若该对象在常量表达式中创建，则允许
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