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constexpr（C23） ​

constexpr 是 C23 引入的存储类说明符 (Storage-class specifier)。用 constexpr 声明的标量对象 (Scalar object) 是一个“常量对象”：它在运行期存在（可以取地址），但其值在翻译期 (Translation time) 就固定下来，且运行期不可被修改。

1. 核心语义 ​

对 constexpr 对象，标准要求：

  1. 必须完全且显式地初始化，并且初始化遵循“静态初始化” (Static initialization) 的规则；
  2. 初始化器所用的常量表达式会在编译期检查；
  3. 对浮点类型初始化器，必须在“翻译期浮点环境”下求值（避免被运行期舍入模式影响）。

它仍然拥有由其声明决定的链接 (Linkage)，并且在运行时存在（因此可以取地址）；只是运行时不允许修改它。

2. 限制 ​

并非所有类型都允许使用 constexpr。标准对可用类型施加了限制，常见的限制包括：

  1. 只允许标量对象（因此数组、结构体等不适用）。
  2. 指针类型仅允许空指针常量 (Null pointer constant) 作为 constexpr（即只能是“空指针”这一类值）。
  3. 不允许可变修改类型 (VLA 相关)、原子类型、volatile 类型、restrict 指针等。

3. const 与 constexpr 的区别 ​

  1. const 只保证“不能通过 const 限定的左值修改对象”；它并不保证该值是编译期常量。
  2. constexpr 额外保证：该对象的值可在常量表达式中使用，并且初始化器在编译期可验证。

4. 示例 ​

c
#include <stdio.h>

constexpr int answer = 42;
static_assert(answer == 42);

int main(void) {
    printf("%d\n", answer);
    return 0;
}

5. 习题 ​

  1. 写出一个 constexpr int，并分别把它用于：
    1. static_assert；
    2. switch 的 case 标签；
    3. 位域宽度（若你的编译器支持）。
  2. 解释：为什么 const int x = 42; 不能保证用于 case 标签，而 constexpr int x = 42; 可以？
  3. 写出若干个“非法的 constexpr 声明”，并解释它们分别违反了哪条限制（至少包含：指针非空、volatile、原子类型、VLA）。