2.4.4. Переменные constexpr и константные выражения

Константное выражение (constant expression) — это выражение, значение которого не может измениться и вычисляется во время компиляции. Литерал — это константное выражение. Константный объект, инициализируемый константным выражением, также является константным выражением. Вскоре мы увидим, что в языке есть несколько контекстов, требующих константных выражений.

Является ли данный объект (или выражение) константным выражением, зависит от типов и инициализаторов. Например:

const int max_files = 20;  // max_files - константное выражение

const int limit = max_files + 1; // limit - константное выражение

int staff_size = 27;       // staff_size - неконстантное выражение

const int sz = get_size(); // sz - неконстантное выражение

Хотя переменная staff_size инициализируется литералом, это неконстантное выражение, поскольку он имеет обычный тип int, а не const int. С другой стороны, хоть переменная sz и константа, значение ее инициализатора неизвестно до времени выполнения. Следовательно, это неконстантное выражение.

Переменные constexpr

В большой системе может быть трудно утверждать (наверняка), что инициализатор — константное выражение. Константная переменная могла бы быть определена с инициализатором, который мы полагаем константным выражением. Однако при использовании этой переменной в контексте, требующем константного выражения, может оказаться, что инициализатор не был константным выражением. Как правило, определение объекта и его использования в таком контексте располагаются довольно далеко друг от друга.

constexpr int mf = 20;        // 20 - константное выражение

constexpr int limit = mf + 1; // mf + 1 - константное выражение

constexpr int sz = size();    // допустимо, только если size() является

                              // функцией constexpr

Хоть и нельзя использовать обычную функцию как инициализатор для переменной constexpr, как будет описано в разделе 6.5.2, новый стандарт позволяет определять функции как constexpr. Такие функции должны быть достаточно просты, чтобы компилятор мог выполнить их во время компиляции. Функции constexpr можно использовать в инициализаторе переменной constexpr.

Литеральные типы

Поскольку константное выражение обрабатывается во время компиляции, есть пределы для типов, которые можно использовать в объявлении constexpr. Типы, которые можно использовать в объявлении constexpr, известны как литеральные типы (literal type), поскольку они достаточно просты для литеральных значений.

Все использованные до сих пор типы — арифметический, ссылка и указатель — это литеральные типы. Наш класс Sales_item и библиотечный тип string не относятся к литеральным типам. Следовательно, нельзя определить переменные этих типов как constexpr. Другие виды литеральных типов рассматриваются в разделах 7.5.6 и 19.3.

Хотя указатели и ссылки можно определить как constexpr, используемые для их инициализации объекты жестко ограничены. Указатель constexpr можно инициализировать литералом nullptr или литералом (т.е. константным выражением) 0. Можно также указать на (или связать с) объект, который остается по фиксированному адресу.

По причинам, рассматриваемым в разделе 6.1.1, определенные в функции переменные обычно не хранятся по фиксированному адресу. Следовательно, нельзя использовать указатель constexpr для указания на такие переменные. С другой стороны, адрес объекта, определенного вне любой функции, является константным выражением и, таким образом, может использоваться для инициализации указателя constexpr. Как будет описано в разделе 6.1.1, функции могут определять переменные, существующие на протяжении нескольких вызовов этой функция. Как и объект, определенный вне любой функции, эти специальные локальные объекты также имеют фиксированные адреса. Поэтому и ссылка constexpr может быть связана с такой переменной, и указатель constexpr может содержать ее адрес.

Указатели и спецификатор constexpr

Важно понимать, что при определении указателя в объявлении constexpr спецификатор constexpr относится к указателю, а не к типу, на который указывает указатель.

const int *p = nullptr;     // p - указатель на const int

constexpr int *q = nullptr; // q - константный указатель на int

Несмотря на внешний вид, типы p и q весьма различны; p — указатель на константу, тогда как q — константный указатель. Различие является следствием того факта, что спецификатор constexpr налагает на определяемый объект спецификатор const верхнего уровня (см. раздел 2.4.3).

Как и любой другой константный указатель, указатель constexpr может указать на константный или неконстантный тип.

constexpr int *np = nullptr; // np - нулевой константный указатель

                             // на int

int j = 0;

constexpr int i = 42;        // типом i является const int

// i и j должны быть определены вне любой функции

constexpr const int *p = &i; // p - константный указатель

                             // на const int i

constexpr int *p1 = &j;      // p1 - константный указатель на int j

Упражнения раздела 2.4.4

Упражнение 2.32. Допустим ли следующий код? Если нет, то как его исправить?

int null = 0, *p = null;