C++23新特性—if consteval 编译时优化

C++就像一个不断成长的巨人，一方面不断的吸收各种优秀的设计思想，另一方面也在自身也在不断地进行优化，从开始到现在，C++已经发布了多个版本，每次版本的发布的时候都会给我们带来惊喜。目前C++23已经落地，本文要说的一个新的特性也是23版本中新增的，针对编译的优化委员会也是一直不遗余力，每发布一个版本，都会有相应的改进。

一、来龙去脉

C++诞生之日起使用的const关键字声明一个常量，随后在C++ 11版本中又引入了constexpr 关键字，主要功能是声明一个编译时常量表达式（constant expression）。它被用于变量、函数以及构造函数中，并且在编译阶段就可以参与计算。在C++ 17版本中又对该关键字的功能进行了扩充，提供了if constexpr表达式，是指在编译阶段可以可以进行条件编译，并根据结果选择可以编译或者不编译哪些代码块。C++ 20中，标准委员会又引入了两个关键字consteval and constinit。它们同时被C++ 20引入，其中，consteval 表示编译阶段可以求值的函数，constinit 则用于指定一个全局或静态变量的初始化行为。和与const 关键字类似却更加严格，它严格要求变量必须通过编译时的常量表达式初始化，并且只能被初始化一次。

if consteval也经常用如下表示consteval if。其后面可以有表达式也可以没有，如果没有表达式，则它本身可以参与条件判断，如下代码所示：

if !consteval {
  Test_0(); 
} else {
  Test_1();
}
// 和上面一样
if consteval {
   Test_1();
} else {
  Test_0();
}

如上，上述代码执行的逻辑和顺序是一样的。风格和我们之前的if...else 控制语句一样。当然。在if consteval 一样，if后面也可以跟一个返回值是consteval关键字修饰的函数，代码如下所示：

consteval bool isPositive(int num) {
    return num > 0;
}

int main() {
    int num;
    std::cout << "输入一个数: ";
    std::cin >> num;

    consteval if (isPositive(num)) {
        std::cout << "正数." << std::endl;
    } else {
        std::cout << "非正数." << std::endl;
    }
    return 0;
}

上面的代码会根据函数返回结果输出不同信息。使用过程中需要注意的是consteval if语句内部的条件表达式必须是在编译时期可计算的常量表达式。如果条件表达式在编译时期无法确定，将导致编译错误。正因为这个限制，if coneval也被用来做编译间的语法检查。

二、编译期的语法检查

先来看下面这段代码，它的功能是在编译期间检查字符串的长度是否超出了阈值。

consteval bool checkStringLength(const std::string& str, uint maxLength) {
    if (str.length() > maxLength) {
        return false;
    }
    return true;
}
int main() {,
    constexpr int maxLength = 10;
    if (checkStringLength("Hello,world", maxLength)) {
        std::cout << "字符串长度在正常范围内." << std::endl;
    }
    return 0;
}

如上代码所示，上述代码在编译时会产生一个编译错误，如果想要编译正常输出一个正常的结果需要按照checkStringLength要求传入参数。

三、总结

本文主要介绍了C++23版本中提供的一个新的特性，需要注意的是coneval函数是在编译期执行的，因此它的结果是在编译期计算出来，这也就要求编码人员在使用时就需要明确它能够在编译期进行计算，否则将产生错误。