【C/C++】const关键词及拓展

✅ C++ 中的 const 关键字 学习笔记

💡 关键词：常量、编译时常量、性能优化、安全性、C++11/C++14/C++17/C++20 特性

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🧠 一、const ------ 常量修饰符

1.1 定义

• const 是 "constant" 的缩写。
• 表示一个变量一旦被初始化，其值就不能再改变。

1.2 基本用法

const int max_value = 100;
max_value = 200; // ❌ 编译错误

1.3 const 修饰指针

写法	含义
const int* p 或 int const* p	指向的内容不可变
int* const p	指针本身不可变
const int* const p	指针和内容都不可变

int a = 5, b = 10;

const int* p1 = &a;
p1 = &b;        // ✅ OK：可以修改指针指向
// *p1 = 20;    // ❌ 错误：不能修改指向的内容

int* const p2 = &a;
*p2 = 15;       // ✅ OK：可以修改指向的内容
// p2 = &b;     // ❌ 错误：不能修改指针指向

const int* const p3 = &a;
// *p3 = 20;    // ❌ 错误
// p3 = &b;     // ❌ 错误

1.4 成员函数后加 const

表示该成员函数不会修改类的成员变量。

class Rectangle {
public:
    Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}

    int area() const {
        return width * height;
    }

private:
    int width, height;
};

⚠️ 注意：非 const 函数不能在 const 对象上调用。

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🔥 二、constexpr ------ 编译期常量表达式

2.1 定义

• 表示这个变量或函数的结果可以在编译时求值，并且结果是一个常量。

2.2 基本用法

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

constexpr int s = square(5); // ✅ 编译时计算成 25
char buffer[s];              // ✅ 合法，数组大小为 25

2.3 constexpr 变量

constexpr double pi = 3.141592653589793;

• 必须在编译时就能确定值。
• 可用于数组大小、模板参数等需要常量表达式的场合。

2.4 constexpr 函数

constexpr int factorial(int n) {
    int result = 1;
    for (int i = 2; i <= n; ++i)
        result *= i;
    return result;
}

• C++14 起支持复杂逻辑（如循环、条件判断）。

2.5 if constexpr（C++17）

template <typename T>
void foo(T t) {
    if constexpr (std::is_integral_v<T>) {
        // 编译时选择路径
    } else {
        // 其他处理方式
    }
}

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⚡ 三、consteval ------ 立即函数（Immediate Function）

3.1 定义

• consteval 是 C++20 新增的关键字。
• 表示这个函数必须在编译期求值，否则会报错！

3.2 示例

consteval int sqr(int x) {
    return x * x;
}

int main() {
    constexpr int a = sqr(5); // ✅ OK：编译时求值
    int b = 5;
    int c = sqr(b);           // ❌ 错误：b 是运行时变量
}

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🛠️ 四、constinit ------ 静态初始化保证

4.1 定义

• constinit 是 C++20 新增的关键字。
• 用于确保变量具有静态初始化（不是运行时动态初始化），避免不确定性行为。

4.2 示例

constinit int val = 100; // ✅ OK：静态初始化

int get_value() {
    return 42;
}

constinit int value = get_value(); // ❌ 错误：get_value() 不是常量表达式

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📊 五、四个关键字对比表

特性	const	constexpr	consteval	constinit
是否修饰变量	✅	✅	❌（仅函数）	✅
是否修饰函数	❌	✅	✅	❌
是否必须编译时求值？	❌	否（推荐）	✅	否（但必须是常量表达式）
是否影响运行时性能？	否	是（提前计算）	是（强制编译期）	否（但提升可预测性）
是否可用于数组大小、模板参数？	否	✅	✅	✅
是否能用于 if 条件分支？	❌	✅	✅	❌

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🧩 六、推荐实践

场景	推荐使用
定义数学常量	✅ constexpr
定义配置参数	✅ const 或 constexpr
强制编译期计算	✅ consteval
保证静态初始化	✅ constinit
函数参数传入只读数据	✅ const 引用
数组大小、模板参数	✅ constexpr

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📝 七、总结一句话

• const 是"我不会改这个值"
• constexpr 是"这个值编译时就确定了"
• consteval 是"你必须在编译时算出来"
• constinit 是"我要在程序启动时就准备好"

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📘 示例汇总

// const 基础
const int a = 10;

// constexpr 基础
constexpr int b = 10;
constexpr int c = b * 2; // ✅ OK

// constexpr 函数
constexpr int add(int x, int y) {
    return x + y;
}

constexpr int d = add(3, 4); // ✅ 编译时计算成 7

// consteval 函数
consteval int cube(int x) {
    return x * x * x;
}

constexpr int e = cube(3); // ✅ OK
int f = 3;
cube(f); // ❌ 错误：f 是运行时变量

// constinit 变量
constinit int global_val = 100; // ✅ OK
constinit int another_val = add(2, 3); // ✅ OK