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概述

C++ 20在编译时计算和模板元编程方面引入了一些比较重要的改进，其中，constexpr和consteval关键字是两个核心特性，大大增强了C++在编译时执行代码的能力。这两个关键字与C++的泛型编程、模板元编程紧密相关，能够帮助开发者编写出既高效又灵活的代码。

constexpr

constexpr在C++ 11中首次引入，但C++ 20对其进行了显著增强，使其更加灵活和强大。constexpr函数或变量能够在编译时求值，这意味着它们的计算结果可以被嵌入到程序的常量表达式中，从而提高程序的运行效率。C++ 20进一步放松了对constexpr函数的限制，允许它们执行更复杂的逻辑，包括：循环、递归等，甚至调用其他constexpr函数。

#include <iostream>using namespace std;constexpr int Add(int nNum1, int nNum2){    return nNum1 + nNum2;}int main(){    constexpr auto nSum = Add(100, 200);    static_assert(nSum == 300, "Compile-time check failed");    cout << nSum << endl;    return 0;}

在上面的实例代码中，Add函数被声明为constexpr，这意味着它可以在编译时执行。因此，nSum可以在编译时被确定为300，进而通过static_assert进行验证。如果验证不通过，则编译会失败，并输出“Compile-time check failed”。

接下来，我们来看一个更复杂的例子。在下面的示例代码中，Fibonacci函数被声明为constexpr，这意味着它可以在编译时求值。函数内部使用了一个for循环来计算斐波那契数列的第n项，由于整个计算过程都在编译时完成，所以当n的值在编译时已知时，计算结果可以直接嵌入到程序中，避免了运行时的计算开销。此外，通过static_assert，我们还可以在编译时验证计算结果的正确性，确保了代码的可靠性。

#include <iostream>using namespace std;constexpr unsigned long long Fibonacci(unsigned int n){    if (n <= 1)    {        return n;    }    unsigned long long a = 0, b = 1, c;    for (unsigned int i = 2; i <= n; ++i)    {        c = a + b;        a = b;        b = c;    }    return b;}int main(){    constexpr unsigned int nNumber = 10;    static_assert(Fibonacci(nNumber) == 55, "Compile-time check failed");     cout << Fibonacci(nNumber) << endl;    return 0;}

consteval

C++ 20中新引入了consteval关键字，它是constexpr的一个更严格的变体。当一个函数被标记为consteval时，它不仅保证了在编译时求值，而且要求必须在编译时求值。任何尝试在运行时调用此类函数的行为，都会导致编译错误。这为开发者提供了一种明确的手段来确保某些计算完全在编译期完成，避免了潜在的运行时开销。

在下面的实例代码中，Factorial函数使用consteval关键字声明，保证了阶乘计算只能在编译时完成。尝试在运行时使用该函数（比如：注释掉的代码）会触发编译错误，这是因为consteval函数强制编译器在编译期间执行该函数。

#include <iostream>using namespace std;consteval int Factorial(int n){    if (n <= 1)    {        return 1;    }    return n * Factorial(n - 1);}int main(){    constexpr int nResult = Factorial(5);    // 输出：120    cout << nResult << endl;    // 下面的代码会导致编译错误，因为试图在运行时调用consteval函数    // int nNumber = 6;    // nResult = Factorial(nNumber);    return 0;}