【现代C++】常量求值

现代C++（特别是C++11及以后的版本）增强了对编译时常量求值的支持，包括constexpr函数、constinit和consteval关键字。这些特性允许在编译时进行更多的计算，有助于优化运行时性能并确保编译时的数据不变性。

1. constexpr - 编译时常量表达式

constexpr指示编译器尽可能在编译时求值。

constexpr int factorial(int n) {
    return (n <= 1) ? 1 : (n * factorial(n - 1));
}

constexpr int val = factorial(5); // 编译时计算5的阶乘

void constexprExample() {
    static_assert(val == 120, "Factorial of 5 should be 120");
}

2. consteval - 强制编译时求值

C++20引入的consteval确保函数必须在编译时求值。

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

constexpr int squaredVal = square(5); // 编译时计算5的平方

void constevalExample() {
    static_assert(squaredVal == 25, "Square of 5 should be 25");
    // int runtimeVal = square(6); // 错误：consteval函数必须在编译时求值
}

3. constinit - 确保静态和线程局部变量在编译时初始化

constinit确保变量在编译时初始化，但与constexpr不同，它不要求变量在其生命周期内都是常量。

constinit static int staticVal = factorial(4); // 编译时计算4的阶乘

void constinitExample() {
    static_assert(staticVal == 24, "Factorial of 4 should be 24");
    // staticVal = 5; // 允许在运行时修改值
}

4. 编译时与运行时的区分

通过使用这些特性，开发者可以明确地指示哪些计算应该在编译时进行，哪些在运行时进行，提高代码的可预测性和效率。

constexpr int compileTimeCalculation = factorial(5); // 编译时求值
int runtimeCalculation = factorial(5); // 运行时求值

void compileTimeVsRuntime() {
    static_assert(compileTimeCalculation == 120, "Compile-time and runtime results should match");
    std::cout << "Runtime calculation: " << runtimeCalculation << std::endl;
}