c++nullptr（空指针常量）、constexpr（常量表达式）

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发布于: 2020 年 10 月 24 日
 
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？
    下面听我一一道来。
 
作者：良知犹存
转载授权以及围观：欢迎添加微信公众号：羽林君
 
一、nullptr
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C++11要引入nullptr？它与NULL相比又有什么不同呢？   
加上nullptr，我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;
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     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。
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    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
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    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
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    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我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，可以点击链接看我之前的一篇文章）
    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。
我们允许 constexpr 函数不一定返回常量表达式，但是我们认为： 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
 这就是我分享的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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