现代 C++ 新特性 constexpr：从 C++11 到 C++20 的演进

通过汇编观察，a、b、c 的结果在编译期就已算出并直接替换。

此外，constexpr 还能修饰构造函数和成员函数。构造函数的类成员必须是字面类型，且必须在初始化列表中初始化所有成员，函数体为空。成员函数自动成为 const，不能修改成员变量，也不能是虚函数。

C++14 的进化

C++14 大幅放宽了限制，让 constexpr 函数更像普通函数：

• 允许声明和初始化局部变量。
• 支持 if、for、while、switch 等控制流。
• 允许多条 return 语句。
• 返回类型可以是 void 或复合类型（如 std::array）。

constexpr int func(int n) {
    if (n == 1 || n == 2) return n;
    int ret = 1;
    for (int i = 2; i <= n; ++i) {
        ret *= i;
    }
    return ret;
}

int main() {
    constexpr int a = func(5);
    std::cout << a << std::endl;
    return 0;
}

C++17 的扩展

C++17 进一步模糊了编译时和运行时的界限，支持 constexpr 修饰 Lambda 表达式。

• 捕获列表必须是常量表达式。
• 函数体需满足 constexpr 要求。

int main() {
    constexpr int a = 10;
    constexpr auto func = [a](int x) constexpr { return x * a; };
    constexpr int b = func(5);
    std::cout << b << std::endl;
    return 0;
}

C++20 的革命性更新

C++20 对 constexpr 进行了重大升级，使其成为元编程和性能优化的核心工具：

• 动态内存分配：支持 new/delete，但分配的内存必须在编译期释放。这使得 STL 容器在编译期的实现成为可能。
• 异常处理：支持 try-catch，但异常必须在编译期捕获，不能传播到运行期。
• 可变成员：结合 mutable 关键字，允许在 constexpr 成员函数中修改特定成员变量。
• 虚函数：支持将虚函数定义为 constexpr，实现了编译期的多态调用。

虽然 C++23 已发布，但编译器支持仍在完善中。随着标准的推进，constexpr 的能力边界还在不断拓展。