c++nullptr(空指针常量)、constexpr(常量表达式)

作者: 良知犹存

总述

又来更新了,今天带来的是nullptr空指针常量、constexpr(常量表达式)C++的两个用法。Result result_fun = nullptr;constexpr static uint32_t try_times = 100;这是两个在工作中常用的C++操作,但是你知道nullptr和constexpr由来以及它们的更多用法吗?

下面听一一道来。

作者:良知犹存

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一、nullptr

C++11要引入nullptr?它与NULL相比又有什么不同呢?

加上nullptr,们就有下面三种方法来获取一个"空指针”:

int *p1 = NULL; 
int *p2 = 0;
int *p3 = nullptr;
```

空指针是不会指向有效数据的指针。以前,C++在源代码中使用0表示这种指针,但内部表示可能不同。这带来了一些问题,因为这使得0既可以表示指针常量,又可表示整形常量。


所以C++11新增了关键字nullptr,用于表示空指针;它是指针类型,不能转化为整形类型。为向后兼容,C++11仍然允许0来表示空指针,因此表达式nullptr=0为true,但使用nullptr而不是0提供了更高的类型安全。例如,可将0传递给接受int参数的函数,但如果您试图将nullptr传递给这样的函数,编译器将此视为错误。因此,出于清晰和安全的考虑,请使用nullptr——如果你的编译器支持它。

空指针常量nullptr注意事项:

(1) 可以隐式转换为任意类型的指针或者指向任何成员。
(2) 不能隐式转换为整型,可以隐式转换为bool类型代表false。
(3) 可以和除了整型和bool型的其他类型比较。

二、constexptr

常量表达式(const expression)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。显示,字面值属于常量表达式,用表达式初始化的const对象也是常量表达式。后面会提到,C++语言中有几种情况是要用到常量表达式的。

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值共同决定,例如

const int max_num = 20;           // max_num是常量表达式
const int limit = max_num + 1;    // limit 是常量表达式
int staff_size = 2;               // staff_size 不是常量表达式,因为staff_size没有用const修饰
const int sz = get_size();        // sz 不是常量表达式,虽然sz是个常量,但它的值在运行时才能确定
```

尽管staff_size 的初始值是个字面值常量,但由于它的数据类型只是一个普通的int 而非const int,所以它不属于常量表达式。另一方面,尽管sz是一个常量,但它的具体值要等到运行时才能获取到,所以也不是常量表达式。

const变量:

在一个复杂系统中,很难分辨一个初始值到底是不是常量表达式。当然也可以定义一个const变量并把它的初始值设为们认为的某个常量表达式,但在实际使用时,尽管要求如此却常常发现初始值并非常量表达式的情况。可以这么说,在此种情况下,对象的定义和使用根本就是两回事。

C++11新标准规定,允许将变量声明为constexpr类型以便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,而且必须用常量值表达式初始化:

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

字面值类型: 常量表达式的值需要在编译时就得到计算,因此对声明constexpr时用到的类型必须有所限制。因为这些类型一般比较简单,值也显而易见、容易得到,就把它们称为"字面值类型”(interal type)。 到目前为止接触过的数据类型中,算术类型、引用和指针都属于字面值类型。自定义类 Sales_item、IO库、string 类型则不属于字面值类型,也就不能被定义为constexpr。 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或者是0,或者是存储于某个固定地址中的对象。而函数体内定义的变量一般来说并非存放到固定地址中,因此constexpr之指针不能只想这样的变量。(对于程序执行中各个变量分配的地址不明白的,可以点击链接看之前的一篇文章)
相反的,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。
指针和constexper:
必须明确一点,在constexpr声明中如果定义了一个指针,限定符constexpr仅对指针有效,与指针所指的对象无关:

const int *p = nullptr;    // p 是一个指向整型常量的指针
constexpr int *q = nullptr;  // q 是一个指向整数的常量指针,constexpr 仅对指针有效
```

p和q的类型相差甚远,p是一个指向常量的指针,而q是一个常量指针,其中关键在于constexpr把它所定义的对象置为了顶层 const类似于int * const p = nullptr; 与其他常量指针类似,constexpr指针既可以指向常量也可以指向一个非常量

constexpr int *np  = nullptr;//np是一个指向整数的常量指针,其值为空
int j= 0;
constexpr int i=42;//i的类型是整型常量
i和j都必须定义在函数体之外
constexpr const int *p = &i;//p是指针常量,指向整型常量i
constexpr int *p1 = &j; //p1是常量指针,指向整数j

constexpr函数:

尽管不能使用普通函数作为constexpr变量的初始值,但新标准允许定义一种特殊的constexpr函数。这种函数应该足够简单以使得编译时就可以计算其结果,这样就能用constexpr函数去初始化constexpr变量了。

constexpr函数的限制

(1) 函数中只能有一个return语句(有极少特例)

(2) 只能调用其他constexpr函数。

(3) 只能使用全局constexpr变量。

(4) 递归并不受限制,但只允许一个返回语句,可以使用三元运算符。

(5) constexpr函数,只允许包含一行可执行代码。但允许包含typedefs、using declaration\&\&directives、静态断言等。

(6) 一个声明为constexpr的函数同样可以在运行时被调用,即当这个函数的参数是非常量的时候。

constexpr函数是只能用于常量表达式的函数。不同于一般函数,constexpr 函数的返回值类型及所有形参的类型都是字面值类型(算术类型,引用,指针等属于字面值类型),而且函数体中有且只有一条 return 语句。为了能在编译过程中随之展开,constexpr函数被隐式地指定为内联函数。constexpr 函数的返回值在编译时就能被确定。

们允许 constexpr 函数不一定返回常量表达式,但是们认为: 如果 arg 为常量表达式,则 scale(arg)也是常量表达式

include <iostream>

constexpr size_t scale(size_t cnt) {
return 2 * cnt;
}

int main () {
constexpr size_t sz;
constexpr size_t s = 3;
        sz = scale(s);
std::cout << sz << std::endl;
return 0;
}
```

可见,constexpr 函数不一定返回常量表达式,但是在 scale(3) 可以在编译时确定。

大家平时是怎么用的呢?

参与讨论

这就是分享的c++的nullptr和constexpr,如果大家有什么更好的思路,欢迎分享交流哈。

参考:C++Primer Plus (第5版)、C++Primer Plus (第6版)

https://blog.csdn.net/JinhuCheng/article/details/87545143?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-title-1\&spm=1001.2101.3001.4242

https://blog.csdn.net/woxiaohahaa/article/details/78512576


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原文作者:良知犹存

原文链接:https://www.cnblogs.com/conscience-remain/p/13867525.html

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