大家好，我是小康。

今天咱們來(lái)聊一個(gè)看起來(lái)很小但用起來(lái)很有門道的話題——C++里的常量定義。如果你也曾經(jīng)被const和constexpr這兩兄弟搞得一頭霧水，那這篇文章就是為你準(zhǔn)備的！

從一個(gè)燒水的故事說(shuō)起

想象一下，你家里有兩種燒水壺：

• 老式水壺：得放到火上燒，等水開了才能用
• 新式熱水瓶：里面的水隨時(shí)都是熱的，想用就能用

這兩種水壺在 C++ 里分別對(duì)應(yīng)著啥呢？沒(méi)錯(cuò)，就是今天的主角：

• const就像那個(gè)老式水壺，需要程序運(yùn)行時(shí)才能確定它的值
• constexpr則像那個(gè)隨時(shí)備好熱水的熱水瓶，在編譯時(shí)就把值算好了

聽起來(lái)好像差不多？別急，接著往下看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的差別可大了！

const：我保證不變，但不保證提前知道

先說(shuō)說(shuō)大家比較熟悉的const。它的意思很簡(jiǎn)單："這個(gè)值一旦被初始化，就不能再改變了"。

const int MAX_PLAYERS = 10;  // 這個(gè)值不能再改變了
MAX_PLAYERS = 11;  // 編譯錯(cuò)誤！常量不能被修改

const有一個(gè)重要特性：它可能在編譯時(shí)確定值，但也可能在運(yùn)行時(shí)才確定。這取決于初始化的方式：

// 編譯時(shí)就能確定的const
const int MAX_PLAYERS = 10;  // 編譯器在編譯時(shí)就知道這是10

// 運(yùn)行時(shí)才能確定的const
int GetMaxPlayers() {
    return 10;  // 假設(shè)這個(gè)值是從配置文件或用戶輸入得到的
}
const int RUNTIME_MAX_PLAYERS = GetMaxPlayers();  // 運(yùn)行時(shí)才知道具體值

關(guān)鍵點(diǎn)是：const本身并不保證編譯時(shí)求值，它只保證變量不可修改。 編譯器可能會(huì)在編譯時(shí)計(jì)算 const 的值，但這不是 const 關(guān)鍵字的承諾，而是編譯器的優(yōu)化行為。

這就像那個(gè)老式水壺，有時(shí)候你可能提前準(zhǔn)備好了熱水，有時(shí)候卻需要現(xiàn)燒——但無(wú)論如何，水燒開后就不會(huì)再變。

constexpr：我不但不變，我還保證提前知道！

再來(lái)看看constexpr ，它是 C++11 才引入的，它比const更進(jìn)一步，明確地告訴編譯器："嘿，我的值必須在編譯時(shí)就能確定，不能等到運(yùn)行時(shí)"。

constexpr int MAX_PLAYERS = 10;  // 編譯時(shí)就確定了值

// 甚至可以做一些簡(jiǎn)單的計(jì)算
constexpr int TOTAL_PLAYERS = MAX_PLAYERS * 2;  // 編譯時(shí)計(jì)算為20

這就像那個(gè)隨時(shí)有熱水的熱水瓶，編譯器提前就把答案算好了，程序運(yùn)行時(shí)直接用現(xiàn)成的。constexpr同時(shí)保證了編譯時(shí)求值和不可修改，它是一個(gè)"雙保險(xiǎn)"。

但如果你嘗試這樣寫：

int GetMaxPlayers() {
    return 10;
}

constexpr int MAX_PLAYERS = GetMaxPlayers();  // 錯(cuò)誤！無(wú)法在編譯時(shí)計(jì)算

編譯器會(huì)生氣地報(bào)錯(cuò)："你讓我在編譯時(shí)算出GetMaxPlayers()的結(jié)果？我做不到?。?

什么時(shí)候用哪個(gè)？實(shí)用指南

那么問(wèn)題來(lái)了，我們?cè)撛趺催x擇用const還是constexpr呢？

(1) 用const的情況

• 當(dāng)值在運(yùn)行時(shí)才能確定：

const int user_age = getUserInputAge();  // 用戶輸入的值
const std::string message = loadMessageFromFile();  // 從文件讀取

• 定義指針變量時(shí)：

const int* p = &value;  // 指針指向的內(nèi)容不能通過(guò)p修改
int* const p = &value;  // 指針本身不能改變指向

(2) 用constexpr的情況

• 編譯時(shí)就能確定的常量

constexpr double PI = 3.14159265358979;
constexpr int DAYS_IN_WEEK = 7;

• 需要在編譯時(shí)計(jì)算的表達(dá)式

constexpr int SECONDS_PER_DAY = 24 * 60 * 60;  // 86400

• 函數(shù)返回值在編譯時(shí)需要用到

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

constexpr int result = square(5);  // 編譯時(shí)計(jì)算為25

真實(shí)案例：constexpr的威力

來(lái)看一個(gè)實(shí)際的例子，體會(huì)一下constexpr的強(qiáng)大之處。

假設(shè)我們要計(jì)算斐波那契數(shù)列的第n個(gè)數(shù)：

// 使用constexpr的斐波那契函數(shù)
constexpr int fibonacci(int n) {
    return (n <= 1) ? n : fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2);
}

// 編譯時(shí)計(jì)算斐波那契數(shù)列的第10個(gè)數(shù)
constexpr int fib10 = fibonacci(10);  // 編譯時(shí)計(jì)算為55

int main() {
    // 程序運(yùn)行時(shí)，fib10已經(jīng)是55了，不需要再計(jì)算
    std::cout << "斐波那契數(shù)列的第10個(gè)數(shù)是：" << fib10 << std::endl;
    return 0;
}

如果用const而不是constexpr，這個(gè)計(jì)算就會(huì)在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，效率就會(huì)低很多。

最佳實(shí)踐總結(jié)

根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，這里有幾條實(shí)用建議：

• 能用constexpr就用constexpr它不僅保證了變量不可變，還能提高程序的性能。
• 簡(jiǎn)單運(yùn)算盡量在編譯時(shí)完成把能在編譯時(shí)做的事情就在編譯時(shí)做完，讓運(yùn)行時(shí)更輕松。
• 函數(shù)參數(shù)常量用const

void processData(const std::vector<int>& data);  // 防止函數(shù)內(nèi)部修改data

• 類成員常量用constexpr

class GameSettings {
public:
    static constexpr int MAX_PLAYERS = 10;
};

一句話區(qū)分

如果你只想記住一句話：

const只承諾"我不變"，但不保證編譯時(shí)求值；constexpr則雙重承諾"我不變"，并且"我一定在編譯時(shí)就知道值是多少"。

最后的思考題

看看下面這段代碼，思考一下哪里用了const，哪里用了constexpr，為什么這樣用？

constexpr int BUFFER_SIZE = 1024;

void processBuffer(const char* buffer, const int size) {
    constexpr int MAX_SIZE = BUFFER_SIZE * 2;
    const int actualSize = (size > MAX_SIZE) ? MAX_SIZE : size;
    // 處理邏輯...
}

答案留給各位讀者思考啦！希望這篇文章能讓你對(duì) C++ 中的常量定義有更清晰的認(rèn)識(shí)。學(xué)會(huì)了這兩兄弟的正確用法，代碼不僅更安全，還能跑得更快！