使用c++11 constexpr時遇到的坑詳解

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最近在使用constexpr的時候無意中踩瞭個小坑。

下面給個小示例：

#include <iostream>

constexpr int n = 10;
constexpr char *msg = "Hello, world!";

int main()
{
    for (auto i = 0; i < n; ++i) {
        std::cout << msg << std::endl;
    }
}

constexpr應該是大傢很熟悉的東西瞭，也是最常用的c++11新特性之一。和宏相比除瞭更強的類型安全之外，constexpr還帶來瞭編譯期計算。

上面的代碼相當簡單，我們循環輸出“Hello, world!”這個字符串10次。

這麼簡單的代碼還有討論的必要嗎？一開始我也是這麼想的，然而當我們編譯運行的時候卻會得到下面這樣的警告：

$ g++ --version
                      
g++ (GCC) 10.2.0
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.


$ g++ -std=c++17 -Wall -Wextra test.cpp

test.cpp:4:23: 警告: ISO C++ forbids converting a string constant to ‘char*' [-Wwrite-strings]
    4 | constexpr char *msg = "Hello, world!";
      |                       ^~~~~~~~~~~~~~~

這段信息的意思是c++不允許把字符串字面量賦值給char*。

然而對於constexpr，文檔中是這麼寫的：

A constexpr specifier used in an object declaration implies const.

這裡的object你可以理解為變量，意思是constexpr修飾的變量都會隱式添加一個const限定符。

也就是說：

// T 是任意類型
constexpr T a = xxx;
// 不考慮其他因素，在類型上等價於：
T const a = xxx;

我們這裡的T實際上可以填任意類型，包括指針。這不是說明我們的指針變量有const嗎？

眼尖的讀者大概已經知道答案瞭：constexpr添加的是頂層const。

所以我們的代碼實際上是這樣的：

// 原本的代碼
constexpr char *msg = "Hello, world!";
// 實際上的效果
char * const msg = "Hello, world!";

下面一行的msg實際上是一個指向char的指針常量，而我們可以通過它任意修改被指向的字符串（當然這是未定義行為）。指針常量意味著我們不能把這個指針重新指向其他的對象，這個const作用在指針本身上，因此叫做頂層const。

而字符串常量的類型是const char[N]，在表達式裡退化為const char *，這表示一個指向常量字符串的指針，這裡的const的底層的，因為它作用於被指向的對象而不是我們的指針自身。

對於頂層const，賦值的時候是可以被去除的，而底層const則不行，這就是為什麼編譯器會彈出警告的原因瞭。

正確的做法也很簡單，牢記constexpr不是const的等價替代品，它隻會添加頂層const，不會添加底層const。

所以constexpr的字符串常量應該這樣寫：

constexpr const char *p = "Hello, world!";

或者你的編譯環境支持c++17，我更推薦你這樣寫：

#include <string_view>

constexpr std::string_view msg = "Hello, world!";

使用string_view之後就不會出現上面的頂層/底層const的坑瞭。所以在現代c++裡能不用裸指針就盡量不要用。

參考

https://stackoverflow.com/questions/54258241/warning-iso-c-forbids-converting-a-string-constant-to-char-for-a-static-c

總結

到此這篇關於使用c++11 constexpr時遇到坑的文章就介紹到這瞭,更多相關c++11 constexpr坑內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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