C++11 新特性之constexpr关键字

       本文是C++11新特性介绍的第十八部分，涉及到constexpr相关的新特性。

语义上的差别

       首先，我们来看看《C++Primer》怎么说的：
       const：有时我们希望定义这样一种变量，它的值不能被改变。例如，用一个变量来表示缓冲区的大小。使用变量的好处是当我们觉得缓冲区大小不再合适时，很容易对其进行调整。另一方面，也应随时警惕防止程序一不小心改变了这个值。为了满足这一要求，可以用关键字const对变量类型加以限定。
       constexpr（常量表达式）：是指值不会改变并且在编译过程就能得到计算结果的表达式。
       从以上两段话，我们可以总结出const和constexpr的关系，即如果变量用constexpr修饰，那么变量也具有const的特性；如果变量用const修饰，不能说明变量具有constexpr的特性。
       从语义上讲，const更像是“read only”，而constexpr更像是“const”。
       接下来，我们来聊一聊为什么要引入constexpr？

常量表达式的优势

       常量表达式的优点是将计算过程转移到编译时期，那么运行期就不再需要计算了，程序性能也就提升了。

const时期的常量表达式

       一个对象（或表达式）是不是常量表达式由它的数据类型和初始化值共同决定的，例：

const int a = 20;            // a是常量表达式
const int b = a + 1;         // b是常量表达式
int c = 7;                  //c不是常量表达式
const int d = getlength();    //d不是常量表达式

       其中d不是常量表达式的原因是，尽管d本身是一个常量，但它具体的值需要在运行期才能获得，所以不是常量表达式。
       第四句代码就是我们常常说的“伪优化”，误以为这段热点语句已经改成了常量表达式，性能将会有所提升，但其实，并没有啊……

constexpr时期的常量表达式

       为了能明确的表示这段代码一定是常量表达式，在C++11中，引入了constexpr，有了它，我们来看看abcd四个变量的变化：

constexpr int a = 20;            // a是常量表达式
constexpr int b = a + 1;         // b是常量表达式
int c = 7;                     //c不是常量表达式
constexpr int d = getlength();

       其中变量d有两种情况：
       （1）当getlength()函数也是constexpr时，那么d就是常量表达式
       （2）当getlength()函数不是constexpr时，此时编译会报错。
       即编译器帮助我们检查了常量表达式。
       所以，一般来说，当你认为变量一定是常量表达式，那就把它声明成constexpr类型吧。

实测下的性能差别

       为了让大家更加直观的感受常量表达式和普通表达式的性能差别，请看以下代码：

constexpr int Calculate1 (int x, int y)
{
    return x * y * 32 / 14;
}

int Calculate2 (int x, int y)
{
    return x * y * 32 / 14;
}

int main()
{
    uint64_t start, end;
    start = GetMicroSeconds();
    for(int i = 0;i < 100000; i++)
    {
        //也可以换成const修饰，也是常量表达式
        constexpr int ret = Calculate1 (11, 12); 
    }
    end = GetMicroSeconds();
    cout<<"spend time: "<<end-start<<" us"<<endl;
       
    start = GetMicroSeconds();
    for(int i = 0;i < 100000; i++)
    {
        //不能用constexpr修饰，不是常量表达式，会编译报错
        int ret = Calculate2 (11, 12);
    }
    end = GetMicroSeconds();
    cout<<"spend time: "<<end-start<<" us"<<endl;
    return 0;
}

       这段代码比较简单，一个常量表达式和一个非常量表达式，都进行相同的计算，都循环10w次，然后记录各自的总耗时，单位是微秒。
       打印结果如下：

spend time: 182 us
spend time: 929 us

       大家可以看到，接近5倍的性能差别，这要是发生在高性能开发中，将是一次不错的性能提升。