Constexpr

`constexpr`

constexpr 函数既可以在编译期求值，也可以在运行时执行。

在 C++20 中，constexpr 可以用于虚函数。双向的 override 都是可以的。基类是 constexpr 虚函数，子类可以非 constexpr 方式来 override，反之，基类是普通虚函数，子类可以使用 constexpr 来 override。如果基类是 constexpr 虚函数，子类实现的时候可能依赖了运行时的调用无法满足 constexpr，因而可以使用非 constexpr 的形式来 override。基类可能是历史遗留下来的类，是一个非 constexpr 虚函数，但是子类是新写的使用了 C++20 的标准，那么可以用 constexpr 来 override，这样指向子类的指针或引用可以享受到编译期求值的好处。

`consteval` `constinit`

consteval 创建的是一个立即函数（immediate function）。比如：

consteval int sqr(int n) { return n * n; }

立即函数的调用会创建一个编译期常量，也就是说 consteval 函数必须在编译期求值。因此它不能用于析构函数、执行内存分配和释放的函数。

在同一个声明中，最多只能使用 consteval constexpr constinit 中的一个。

consteval 隐式包含了 inline 的语义，并且必须满足 constexpr 函数的所有要求，因此 consteval 可以

包含跳转语句 if switch 和循环语句 while for
包含多条语句
调用其他 constexpr 函数，但是 constexpr 不能在非编译期上下文调用 consteval 函数
使用基本数据类型作为变量，并且这些变量必须使用常量表达式初始化

consteval 函数不能

包含 static 或者 thread_local 变量
包含 try/catch 或 goto
调用非 consteval 函数或使用非 constexpr 数据

一个有意思的事情是可以使用运行时的函数，但是在编译期执行这个运行时函数会报错。

constinit 用于声明具有静态存储（static storage）或线程局部存储（thread-local storage）的变量，并且这些变量必须在编译期初始化。比如全局变量、static 变量或类中的 static 成员变量。

constinit 编译期初始化但是并不意味着变量是常量。也就是说，constinit 变量可以在运行时被修改，只是它必须在编译期完成初始化。它需要一个编译期的常量来初始化，但是它不能用于初始化另一个 constinit 变量。

对比

consteval 与 constexpr 修饰函数时，前者必须在编译期求值，而后者可以在编译期或运行时求值。

const 修饰的变量可以在运行时初始化，而 constinit constexpr 修饰的变量必须在编译期初始化。const constexpr 修饰的变量是常量，而 constinit 修饰的变量不是常量。

const constexpr 可以修饰局部变量，而 constinit 不能修饰局部变量。

静态初始化顺序

静态初始化顺序问题是 C++ 中一个极其隐蔽且容易引发错误的问题。当一个静态变量无法在编译期完成常量初始化时，它会被零初始化（zero-initialized）。在随后的运行期内，对于这些静态变量会进行动态初始化（dynamic initialization）。同一个编译单元（translation unit）中的静态变量会按照它们在源文件中出现的顺序进行初始化，而不同编译单元中的静态变量初始化顺序是不确定的，这就可能导致静态初始化顺序问题。比如下面两个 cpp 文件中的 staticB 就有可能是 0 也有可能是 25，依赖于链接顺序或者其他因素。

// file1.cpp
int square(int n) { return n * n; }

auto staticA = square(5);

// file2.cpp
extern int staticA;

auto staticB = staticA;

但这通常说明代码设计不合理，需要重构。但如果由于某些客观原因无法重构时，可以使用延迟初始化（lazy initialization）和单例模式保证初始化顺序。

// file1.cpp
int square(int n) { return n * n; }

int &staticA()
{
    static int value = square(5);
    return value;
}

// file2.cpp
int& staticA();

auto staticB = staticA();

有了 constinit，我们有了更简洁的解决方案，可以让 staticA 在编译期完成初始化（注意 square 需声明为 constexpr 才能用于常量初始化）。

// file1.cpp
constexpr int square(int n) { return n * n; }

constinit int staticA = square(5);

// file2.cpp
extern constinit int staticA;

auto staticB = staticA;

Constexpr

constexpr

consteval constinit

对比

静态初始化顺序

`constexpr`

`consteval` `constinit`