Скотт Мейерс - Эффективный и современный С++. 42 рекомендации по использованию С++11 и С++14

Значения, известные во время компиляции, являются привилегированными. Они, например, могут быть размещены в памяти, предназначенной только для чтения, и это может представлять особое значение для разработчиков встроенных систем. Широко применяется то, что целочисленные значения, являющиеся константами и известные во время компиляции, могут использоваться в контекстах, где С++ требует целочисленное константное выражение . Такие контексты включают спецификации размеров массивов, целочисленные аргументы шаблонов (включая длину объектов std::array), значения перечислителей, спецификаторы выравнивания и прочее. Если вы хотите использовать для этих вещей переменные, вы, определенно, захотите объявить их как constexpr, поскольку тогда компиляторы будут точно знать, что имеют дело со значением времени компиляции:

int sz; // Неконстантная переменная

…

constexpr auto arraySize1 = sz; // Ошибка! Значение sz

// неизвестно при компиляции

std::array data1; // Ошибка! Та же проблема

constexpr auto arraySize2 = 10; // OK, 10 представляет собой

// константу времени компиляции

std::array

arraySize2> data2; // собой constexpr

Обратите внимание, что constне предоставляет таких же гарантий, что и constexpr, поскольку объекты constне обязаны инициализироваться значениями, известными во время компиляции:

int sz; // Как и ранее

…

const auto arraySize = sz; // OK, arraySize является

// константной копией sz

std::array

arraySize> data; // при компиляции неизвестно

Проще говоря, все объекты, являющиеся constexpr, являются const, но не все объекты, являющиеся const, являются constexpr. Если вы хотите, чтобы компиляторы гарантировали, что переменная имеет значение, которое можно использовать в требующих константы времени компиляции контекстах, то следует использовать constexpr, а не const.

Сценарии применения объектов constexprстановятся более интересными, когда в дело вступают функции constexpr. Такие функции производят константы времени компиляции, когда они вызываются с константами времени компиляции . Если они вызываются со значениями, неизвестными до времени выполнения, они производят значения времени выполнения. Это может выглядеть так, как будто вы не знаете, что они будут делать, но так думать — неверно. Вот как выглядит правильный взгляд на эти моменты:

• Функции, объявленные как constexpr, могут использоваться в контекстах, требующих константы времени компиляции. Если значения передаваемых вами аргументов в constexpr-функцию в таком контексте известны во время компиляции, результат функции будет вычислен в процессе компиляции. Если любое из значений аргументов неизвестно во время компиляции, ваш код будет отвергнут.

• Когда constexpr-функция вызывается с одним или несколькими значениями, неизвестными во время компиляции, она действует так же, как и обычная функция, выполняя вычисления во время выполнения. Это означает, что вам не нужны две функции для выполнения одних и тех же операций, одной — для констант времени компиляции, другой — для всех прочих значений. Функция, объявленная как constexpr, выполняет их все.

Предположим, что нам нужна структура данных для хранения результатов эксперимента, который может быть проведен при разных условиях. Например, уровень освещения в ходе эксперимента может быть высоким, низким или освещение может быть отключено вовсе; может быть разная температура, и т.д. Если всего имеется nусловий, влияющих на проведение эксперимента, и у каждого по три возможных состояния, то общее количество комбинаций составит 3 ⁿ . Хранение результатов экспериментов для всех комбинаций условий требует структуры данных с достаточным количеством памяти для хранения 3 ⁿ значений. В предположении, что каждый результат представляет собой int и что n известно (или может быть вычислено) во время компиляции, подходящим выбором структуры данных может быть std::array. Однако нам требуется способ вычисления 3 ⁿ во время компиляции. Стандартная библиотека С++ предоставляет функцию std::pow, обеспечивающую интересующую нас математическую функциональность, но с точки зрения наших целей имеются две проблемы. Во-первых, std::powработает с типами с плавающей точкой, а нам нужен целочисленный результат. Во-вторых, std::powне является constexpr(т.e. не гарантирует возврат времени компиляции при переданных ей значениях времени компиляции), так что мы не можем использовать ее для указания размера std::array.