更新时间： 2026-08-27
04 篇讲过 const：告诉编译器"这个值不许改"。这篇讲它的进阶版本 constexpr——不止"不许改"，还要"在编译期就算出来"。这是 C++11 起让"常量表达式"进入日常编程的关键特性，也是 C++ 性能优化里"把开销从运行期挪到编译期"的代表手法。
本文要回答：constexpr 和 const 到底差在哪？constexpr 函数怎么保证编译期求值？以及什么时候该用、什么时候用了也白用？
一、constexpr 变量
先看最简单的形式——constexpr 变量，要求初始化表达式必须在编译期可求值：
constexpr int kMaxSize = 1024; // 字面量，OK
constexpr double kPi = 3.14159; // OK
constexpr int kDouble = kMaxSize * 2; // 由其它 constexpr 算出来，OK
int runtime_value() { return 42; }
// constexpr int x = runtime_value(); // 编译错误！运行期才有的值constexpr 变量必须在编译期确定值，所以：
- 初始化必须是编译期常量（字面量、其它 constexpr、constexpr 函数调用）
- 它自动是
const（不能改），还能用作数组大小、模板参数、switch的 case 标签
int arr[kMaxSize]; // 数组大小（编译期必须知道）
std::array<int, kMaxSize> a; // 模板参数（必须编译期常量）二、constexpr 函数
C++11 的 constexpr 函数限制很多（函数体只能有一条 return），C++14 放宽到"函数体里能用局部变量、循环、if"，C++17/20 继续扩展。现在写起来已经比较自然：
// C++14 起：函数体可以是普通语句，但参数和返回必须是字面类型
constexpr int square(int x) {
return x * x;
}
constexpr int factorial(int n) {
int result = 1;
for (int i = 2; i <= n; ++i) result *= i;
return result;
}
constexpr int kFiveFact = factorial(5); // 编译期就算好 = 120
int n = 10;
int runtime = factorial(n); // 运行期算（也能调用！）关键特性：constexpr 函数既能在编译期用，也能在运行期用。传入编译期常量，编译期求值；传入运行期变量，退化为普通函数调用。同一个函数，两头通吃。
@startuml
left to right direction
skinparam nodeFontSize 13
skinparam backgroundColor #FFFFFF
rectangle "constexpr int factorial(int)" as fn #E8F1FF {
node "参数是编译期常量" as c #D9FFE2
node "参数是运行期变量" as r #FFF3D6
}
c --> node "编译期求值 → 常量" as c2 #D9FFE2
r --> node "运行期求值 → 普通调用" as r2 #FFF3D6
@enduml三、const 与 constexpr 的区别
很多教程把两者混着讲，其实分工明确：
| 维度 | const | constexpr |
|---|---|---|
| 核心语义 | 不可修改 | 编译期求值 |
| 修饰对象 | 变量、成员函数、参数 | 变量、函数、构造 |
| 值何时确定 | 可能运行期 | 必须编译期（或作为优化） |
| 能否作数组大小 | 不一定（运行期 const 不行） | 一定可以 |
| 能否作模板参数 | 不一定 | 一定可以 |
判断口诀：const 管"不能改"，constexpr 管"早点算"。二者不冲突——constexpr 变量隐含 const，const 变量不一定是 constexpr。
一个典型对比：
int get_value() { return 42; }
const int c1 = get_value(); // OK：运行期初始化，之后不能改
// constexpr int c2 = get_value(); // 编译错误：get_value 不是 constexpr
constexpr int c3 = 42; // 编译期常量
const int c4 = 42; // 也能用于常量表达式（优化场景）四、C 对照：宏 vs constexpr
C 里"编译期常量"的传统做法是宏或 enum：
#define MAX_SIZE 1024
enum { BUF_LEN = 256 };| 需求 | C（宏/enum） | C++（constexpr） |
|---|---|---|
| 编译期常量 | #define / enum | constexpr int |
| 编译期计算 | 宏表达式（有坑） | constexpr 函数 |
| 类型检查 | 无（纯文本替换） | 有（真正的类型） |
| 调试信息 | 无（已替换） | 有（编译期计算但保留符号） |
| 作用域 | 全局污染 | 变量作用域 |
宏的最大问题：没有类型、没有作用域、纯文本替换。#define MAX 1024 里的 MAX 只是个记号，可能和别的标识符撞车。constexpr 是真正的变量/函数，有类型、有作用域、可重载、可放在命名空间里——它是"有类型安全的宏"。
五、什么时候用 constexpr
该用的场景：
- 常量定义：
kMaxSize、kPi这类语义上"永远不变"的值 - 编译期计算：数组大小、模板参数、查表初始化（比如编译期算好一张三角函数表）
- 性能敏感：热点路径里能提前算的都提前算
用了也白用的场景：
- 简单字面量：
constexpr int x = 1;和const int x = 1;编译产物没差别（都常量折叠） - 运行期才知道的值：别硬标 constexpr，编译器会拒绝
- 过度设计：函数很复杂、又只在运行期用，标 constexpr 增加编译负担却没收益
六、constexpr 在现代 C++ 的位置
constexpr 是"编译期编程"家族的一员，往深了走还有：
if constexpr（C++17）：编译期分支，让模板代码按类型分叉consteval（C++20）：强制编译期求值（constexpr 允许运行期，consteval 只准编译期）- constexpr 容器/算法（C++20 起
std::vector也能在 constexpr 里用）
本站 concepts/ 里性能相关章节提到"把计算从运行期挪到编译期"就是 constexpr 的用武之地。另外 constexpr 与 -O0 教学设置的关系：本站演示程序默认 -O0 -g，但 constexpr 的编译期求值是编译器前端行为，不受 -O0 影响——该在编译期算的照样算，这也是它和普通运行期优化（依赖 -O2）的区别。
七、与本站主线衔接
- 04 篇（const）：const 的完整语义，本篇是它的"编译期"延伸
- 39 篇（算法库）：
std::array大小等模板参数需要 constexpr demos/：部分实验用 constexpr 定义编译期常量表- 高手层：
constexpr与模板元编程的配合，在templates.md展开
八、一句话总结
constexpr 让变量和函数在编译期求值：constexpr 变量必须是编译期常量、可作数组大小和模板参数；constexpr 函数传常量时编译期算、传变量时退化为运行期调用；它比 C 的宏更安全（有类型、有作用域），是现代 C++ "把开销挪到编译期"的主力特性。