002 constexpr

C++ 11 新标准规定，允许将变量声明为 constexpr 类型以便由编译器来验证变量的值是否是一个常量表达式。声明为 constexpr 的变量一定是一个常量，而且必须用常量表达式初始化：

constexpr int mf = 20;                // 20 是常量表达式
constexpr int limit = mf + 1;        // mf + 1 是常量表达式
constexpr int sz = size();            // 只有当 size 是一个 constexpr 函数时才是一条正确的声明语句

一般来说，如果你认定变量是一个常量表达式，那就把它声明成 constexpr 类型

尽管指针和引用都能定义成 constexpr，但它们的初始值却受到严格限制。一个 constexpr 指针的初始值必须是 nullptr 或者 0，或者是存储于某个固定地址中的对象。

函数体内定义的变量一般来说并非存放在固定地址中，因此 constexpr 指针不能指向这样的变量。相反地，定义于所有函数体之外的对象其地址固定不变，能用来初始化 constexpr 指针。

constexpr 函数

constexpr 函数是指能用于常量表达式的函数。定义 constexpr 函数的方法与其他函数类似，不过要遵循几项约定：函数的返回类型及所有形参的类型都得是字面值类型，而且函数体中必须有且只有一条 return 语句：

constexpr int new_sz() { return 42;}
constexpr int fsz = new_sz();

我们把 new_sz 定义成无参数的 constexpr 函数。因为编译器能在程序编译时验证 new_sz 函数返回的是常量表达式，所以可以用 new_sz 函数初始化 constexpr 类型的变量 fsz。

执行该初始化任务时，编译器把对 constexpr 函数的调用替换成其结果值。为了能在编译过程中随时展开，constexpr 函数被隐式地指定为内联函数。

constexpr 函数体内也可以包含其他语句，只要这些语句在运行时不执行任何操作就行。例如，constexpr 函数中可以有空语句、类型别名以及 using 声明。

我们允许 constexpr 函数的返回值并非一个常量：

constexpr int new_sz() { return 42;}
// 如果 cnt 是常量表达式，则 scale(cnt) 也是常量表达式
constexpr size_t scale(size_t cnt) { return new_sz()*cnt; }
int arr[scale(2)];  // 正确：scale(2) 是常量表达式
int i = 2;          // i 不是常量表达式
int a2[scale(i)];   // 错误：scale(i) 不是常量表达式

当把 scale 函数用在需要常量表达式的代码块中时，由编译器负责检查函数的结果是否符合要求。如果结果恰好不是常量表达式，编译器将发出错误信息。

所以说，constexpr 函数不一定返回常量表达式。

constexpr 构造函数

尽管构造函数不能是 const 的，但是字面值常量类的构造函数可以是 constexpr 函数。事实上，一个字面值常量类必须至少提供一个 constexpr 构造函数。

constexpr 构造函数可以声明成 = default 的形式（或是删除函数的形式）。否则，constexpr 构造函数就必须既符合构造函数的要求，又符合 constexpr 构造的要求（意味着它能拥有的唯一可执行语句就是返回语句）。综合这两点可知，constexpr 构造函数体一般来说应该是空的。我们通过前置关键字 constexpr 就可以声明一个 constexpr 构造函数了：

  class Debug {
    public:
        constexpr Debug(bool b = true) : hardwareError(b), ioError(b), otherError(b) {}
        constexpr Debug(bool hw, bool io, bool ot) : hardwareError(hw), ioError(io), otherError(ot) {}
        constexpr bool error() { return  hardwareError || ioError || otherError;}
        void setIOError(bool is) { ioError = is; }
        void setHardwareError(bool is) { hardwareError = is; }
        void setOtherError(bool is) { otherError = is; }

    private:
        bool hardwareError;
        bool ioError;
        bool otherError;
  };

constexpr 构造函数必须初始化所有数据成员，初始化或者使用 constexpr 构造函数，或者是一条常量表达式。

constexpr 构造函数用于生成 constexpr 对象以及 constexpr 函数的参数或返回类型：

    constexpr Debug io_sub(false, true, false);
    if (io_sub.error()) {
        std::cerr << "There are some error messages ..." << std::endl;
    }
    constexpr Debug prod(false);
    if (prod.error()) { // 等价于 if (false)
        std::cerr << "There is no error messages ..." << std::endl;
    }