条款 15 - 只要有可能使用 constexpr, 就使用它

constexpr（Constant Expression，常量表达式）是 C++11 引入的一个至关重要的关键字，它允许我们将计算的执行时机从运行时 (Runtime) 提前到编译时 (Compile Time)。

这不仅仅是一项微小的优化，它从根本上改变了 C++ 的编程范式，使得在编译阶段进行复杂的计算和逻辑判断成为可能，从而提高了程序的运行效率并增强了编译期的检查能力。

constexpr 对象/变量

当 constexpr 应用于对象时，它实际上是 const 属性的加强版。

const 对象：一个被声明为 const 的对象，其值在初始化后不能被修改。但是，它的初始值不一定在编译期就已知。它可以由一个运行时才计算出的值来初始化。

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int sz;
const auto arraySize = sz; // 合法，但 arraySize 的值在编译期未知
// std::array<int, arraySize> data; // 错误！arraySize 不是编译期常量

constexpr 对象：该对象不仅是 const 的，而且其值必须在编译期就已知（准确地说是“翻译期间”可知）。并且所有 constexpr 对象都是 const 对象，但并非所有 const 对象都是 constexpr 对象。正因如此, 它强制要求该变量必须在编译时被一个“常量表达式”初始化

由于其值在编译期已知，constexpr 对象拥有特权，它们可以被用在 C++ 要求“整型常量表达式”的任何语境中，例如指定数组的尺寸（C-style 数组，非 std::vector）int arr[N] (这里的 N 必须是编译期常量)、作为模板的非类型参数(Non-Type Template Arguments) std::array<int, N> (这里的 N 必须是编译期常量)、枚举量的初始化值等。

1 2	constexpr auto arraySize2 = 10; // 没问题，10 是编译期常量 std::array<int, arraySize2> data; // 没问题！

constexpr 函数

当 constexpr 应用于函数时，其含义变得更加灵活: 首先, 一个 constexpr 函数不一定返回编译期已知的结果。

如果一个 constexpr 函数被调用时，传入的实参都是编译期常量，那么该函数的产出结果也将是一个编译期常量。
如果它被调用时，传入的参数中至少有一个是运行时才已知的值，那么该函数将会在运行时被执行，其行为和结果都与普通函数无异。

这是 constexpr 函数最强大的特性：只需编写一次函数，它就可以同时服务于编译期和运行时两种场景。

// 一个 constexpr 阶乘函数
constexpr long long factorial(int n) {
    return (n <= 1) ? 1 : (n * factorial(n - 1));
}

// === 场景 1: 编译时使用 ===
// 因为参数 5 是一个编译期常量（字面量），
// 编译器会直接在编译期间计算 factorial(5)，即 120。
constexpr long long F5 = factorial(5);

// 下面这行代码在编译后，等同于 std::array<int, 120> arr;
std::array<int, factorial(5)> arr; 


// === 场景 2: 运行时使用 ===
std::cout << "请输入一个数字: ";
int x;
std::cin >> x; // x 是一个运行时变量

// 编译器无法在编译时知道 x 的值，
// 于是 factorial(x) 会像一个普通函数一样，在程序运行时被调用和计算。
long long result = factorial(x); 
std::cout << "结果是: " << result << std::endl;

我们只编写了一个 factorial 函数，但它既能用于需要编译期常量的模板参数（场景1），也能用于处理运行时的用户输入（场景2）。这就是 constexpr 函数的核心价值。

需要注意的是, 上面那个 factorial 示例就是 C++11 风格的。在 C++11 中，constexpr 函数几乎是“函数式”的。它内部只能包含一个单独的 return 语句, 不允许有局部变量、循环，只允许使用（极其复杂的）递归和三元运算符（?:）来实现逻辑。而C++14后的constexpr 函数基本与正常函数无异