constexpr用于声明编译期可求值的常量或函数，如constexpr int val = square(5);在编译时计算结果，提升性能并减少运行时开销。

constexpr 是 C++11 引入、并在后续标准中不断强化的一个关键字，用于声明可以在编译期求值的常量表达式。合理使用 constexpr 能显著提升程序性能，减少运行时开销，并增强类型安全和代码可读性。

constexpr 基本用法

在变量或函数前加上 constexpr，表示其值在编译期就应能确定。

定义一个编译期常量：

constexpr int square(int x) {
    return x * x;
}
constexpr int val = square(5); // 编译期计算，val = 25

这个 square 函数在传入字面量或编译期已知值时，会直接在编译阶段完成计算，不会生成运行时调用指令。

constexpr 函数的规则与限制

从 C++14 开始，constexpr 函数的限制大幅放宽。但仍需满足：在某些调用场景下，能于编译期求值。

• 函数体不能包含异常抛出（如 throw）
• 不能使用未初始化的变量或动态内存（new/delete）
• 所有语句必须是编译期可执行的表达式
• 局部变量需初始化，且只能使用 constexpr 兼容的操作

C++14 允许 constexpr 函数内使用循环和条件分支，这让复杂逻辑也能参与编译期计算。

constexpr int factorial(int n) {
    int result = 1;
    for (int i = 2; i <= n; ++i) {
        result *= i;
    }
    return result;
}
constexpr int fact5 = factorial(5); // 编译期得出 120

constexpr 与模板结合实现元编程

结合模板，constexpr 可替代部分模板元编程（TMP），写出更直观的编译期逻辑。

constexpr bool is_prime(int n) {
    if (n <= 1) return false;
    for (int i = 2; i * i <= n; ++i) {
        if (n % i == 0) return false;
    }
    return true;
}
static_assert(is_prime(17), "17 should be prime");

这里 static_assert 验证编译期断言，若表达式不成立则编译失败。

性能优势与应用场景

constexpr 的最大优势是将计算从运行时转移到编译期，带来以下好处：

• 减少运行时 CPU 开销，尤其对频繁调用的数学计算
• 允许在数组大小、模板参数等需要常量表达式的上下文中使用计算结果
• 提升代码安全性，避免运行时不可控的副作用
• 支持编译期查表，例如预计算 sin/cos 表、哈希值等

• 字符串哈希（如编译期计算字符串的 FNV-1a 哈希）
• 配置常量（如单位换算系数、物理常数）
• 容器大小（如 std::array 中的 N）
• 策略选择（通过编译期条件决定行为）

基本上就这些。只要表达式能在编译期确定，就尽量用 constexpr，让编译器帮你“提前干活”，程序更快更稳。