C++の基礎 - constexpr - 版の履歴

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2024-10-14T01:42:35Z

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← 古い版		2024年10月14日 (月) 10:42時点における版
636行目:		636行目:
	* constexprを付けることができる関数の幅は広いので使用するべきである。<br>ただし、テンプレート関数をconstexprにするときは注意が必要である。		* constexprを付けることができる関数の幅は広いので使用するべきである。<br>ただし、テンプレート関数をconstexprにするときは注意が必要である。
	<br><br>		<br><br>

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	__FORCETOC__		__FORCETOC__
	[[カテゴリ:C++]]		[[カテゴリ:C++]]

Wiki: /* constexpr関数の基本 */

2020-11-26T08:15:39Z

constexpr関数の基本

@@ 140行目: / 140行目: @@
   const int ten3 = twice(ten);      // コンパイル可能
   </syntaxhighlight>
 <br>
 上記の例のように、constexpr関数の引数に何を渡すか、constexpr関数の戻り値で何を初期化するかによって、<br>
@@ 146行目: / 174行目: @@
 これは、設計者に対して、ROM化できるソースコードを記述する促すことになる。<br>
 <br>
 ==== constexpr変数への戻り値の代入 ====
 constexprは関数にも付加することができる。<br>

Wiki: /* まとめ */

2020-11-26T07:16:08Z

まとめ

@@ 578行目: / 578行目: @@
      return 0;
+  }
   </syntaxhighlight>

Wiki: /* 関数のconstexpr */

2020-11-26T07:07:28Z

関数のconstexpr

差分を表示

Wiki: /* 変数のconstexpr */

2020-11-26T06:43:18Z

変数のconstexpr

← 古い版		2020年11月26日 (木) 15:43時点における版
29行目:		29行目:
	<br><br>		<br><br>

	== ~~変数のconstexpr~~ ==		== constexpr変数 ==
	~~変数におけるconstexprは、~~<code>#define</code>等で作成するようなコンパイル時定数を作るためのキーワードである。<br>		constexpr変数は、<code>#define</code>等で作成するようなコンパイル時定数を作るためのキーワードである。<br>
	<br>		<br>
	~~constとは「この変数は変更しないため、変更しようとする場合はコンパイルエラーにする」という合図であるのに対して、~~<br>		constとは、「この変数は変更しないため、変更しようとする場合はコンパイルエラーにする」という合図である。<br>
	~~constexprとは「この変数の値はコンパイル時に確定するため、確定しない場合はコンパイルエラーにする」という合図である。~~<br>		constexprとは、「この変数の値はコンパイル時に確定するため、確定しない場合はコンパイルエラーにする」という合図である。<br>
	<br>		<br>
	また、constexpr変数は、const変数としても扱われる。<br>		また、constexpr変数は、const変数としても扱われる。<br>
	<br>		<br>
	~~コンパイラは、constexprがついた変数の値をコンパイル時に計算しようとする。もし、計算できなければ、コンパイルエラーを出力する。~~<br>		コンパイラは、constexpr変数の値をコンパイル時に計算しようとする。<br>
	~~以下のサンプルコードでは、"標準入力から受け取る"という操作がコンパイル時に行えないため、コンパイルエラーとなる。~~<br>		もし、計算できなければ、コンパイルエラーを出力する。<br>
	<br>		<br>
	どの操作がコンパイル時に計算可能かは、関数にconstexprキーワードが付いているかどうかで判断される。(後述のセクションで記載する)<br>		どの操作がコンパイル時に計算可能かは、関数にconstexprキーワードが付いているかどうかで判断される。(後述のセクションで記載する)<br>
	<~~source~~ lang="c++">		<br>
			以下の例では、1行目でbufSizeを9に初期化している。<br>
			この演算はコンパイル時に行うため、constexpr変数を初期値9で宣言することにより、ROM上に配置される。<br>
			<syntaxhighlight lang="c++">
			constexpr unsigned int bufSize = sizeof("abc def¥n");
			static_assert(bufSize == 9, "bufSize is not 9");

			char buf[bufSize] = {0};
			fgets(buf, sizeof(buf), stdin);

			const int a = atoi(strtok(buf," ¥n"));
			const int b = atoi(strtok(nullptr," ¥n"));

			std::cout << (a + b) / 2 << std::endl;
			</syntaxhighlight>
			<br>
			以下の例では、列挙型Colorはint32_t型であり、3つの値をとる。<br>
			static宣言されたColor型の配列は、constexpr指定子が付加されて、ROM上に配置される。<br>
			<syntaxhighlight lang="c++">
			typedef enum Color : int32_t
			{
			Red = 0,
			Yellow,
			Blue
			} Color;

			constexpr static Color colors[] =
			{
			Color::Red,
			Color::Yellow,
			Color::Blue
			};
			</syntaxhighlight>
			<br>
			以下のサンプルコードでは、<u>標準入力から受け取る</u>操作がコンパイル時に行えないため、コンパイルエラーとなる。<br>
			<syntaxhighlight lang="c++">
	#include <iostream>		#include <iostream>

70行目:		105行目:
	return 0;		return 0;
	}		}
	</~~source~~>		</syntaxhighlight>
	<br><br>		<br><br>

Wiki: /* 概要 */

2020-08-17T06:39:22Z

概要

@@ 1行目: / 1行目: @@
 == 概要 ==
 C++には、<code>constexpr</code>という概念がある。<br>
 <br>
 * constexprが使用できない、または、使用すべきではない場合

Wiki: /* 分割ファイルとconstexprとインライン */

2020-08-17T06:28:09Z

分割ファイルとconstexprとインライン

← 古い版		2020年8月17日 (月) 15:28時点における版
361行目:		361行目:

	// コンパイルエラー int CHoge2::f(int&)はconstexprであるが実装が無い		// コンパイルエラー int CHoge2::f(int&)はconstexprであるが実装が無い
	// auto c2 = C2(41);		// auto c2 = CHoge2(41);
	// auto x2 = 1;		// auto x2 = 1;
	// std::cout << c2.f(x2) << std::endl;		// std::cout << c2.f(x2) << std::endl;
411行目:		411行目:
	</source>		</source>
	<br>		<br>

	===== constexprテンプレート関数 =====		===== constexprテンプレート関数 =====
	constexprが付いているテンプレート関数の場合、その関数を実体化した時にconstexpr関数として不適格な場合でもコンパイルエラーにはならず、非constexpr関数として扱われる。<br>		constexprが付いているテンプレート関数の場合、その関数を実体化した時にconstexpr関数として不適格な場合でもコンパイルエラーにはならず、非constexpr関数として扱われる。<br>

Wiki: /* メンバ関数のconstexpr */

2020-08-17T06:18:24Z

メンバ関数のconstexpr

差分を表示

Wiki: /* 外部変数の参照 */

2020-08-17T02:26:04Z

外部変数の参照

← 古い版		2020年8月17日 (月) 11:26時点における版
265行目:		265行目:

	std::cout << /* a << ", " << */ b << ", " << c << std::endl;		std::cout << /* a << ", " << */ b << ", " << c << std::endl;

			return 0;
			}
			</source>
			===== メンバ関数のconstexpr =====
			メンバ関数にもconstexprを付けることができる。<br>
			付ける基準は先ほどと同様、「コンパイル時に計算できるかどうか」である。<br>
			<source lang="c++">
			class CHoge
			{
			// ...
			public:
			// ...
			auto f(int x, ...) { ... };
			};
			</source>
			を、以下のように考えれば、constexprを付けるかどうかが判断できる。
			<source lang="c++">
			class C {...};
			auto f(C& this, int x, ...) { ... };
			</source>
			<br>
			<source lang="c++">
			#include <iostream>

			class CHoge
			{
			private:
			int a;

			public:
			CHoge() = default;
			constexpr CHoge(int a): a(a) {} // メンバ変数の初期化もコンパイル時に可能

			// コンパイル可能コンパイル時に計算可能
			constexpr auto get() const
			{
			return a;
			}

			// コンパイル可能コンパイル時に計算可能
			constexpr auto add(const int b)
			{
			a += b;
			return a;
			}

			constexpr auto print() const
			{
			// std::cout << a << std::endl; // コンパイルエラーコンパイル時に標準出力への出力はできない
			return a;
			}
			};

			constexpr auto use_add(int a)
			{
			auto c = CHoge(a);
			c.add(42);

			return c;
			}

			int main()
			{
			constexpr auto c = CHoge(42);
			std::cout << c.get() << std::endl;
			constexpr auto c2 = use_add(42);
			std::cout << c2.get() << std::endl;
			c2.print();

	return 0;		return 0;

Wiki: ページの作成:「== 概要 == C++には、`constexpr`という概念がある。

* constexprが使用できない、または、使用すべきではない場合 **…」

2020-08-17T02:12:21Z

ページの作成:「== 概要 == C++には、<code>constexpr</code>という概念がある。 * constexprが使用できない、または、使用すべきではない場合 **…」

新規ページ

== 概要 ==
C++には、<code>constexpr</code>という概念がある。 
 
* constexprが使用できない、または、使用すべきではない場合
** 変数
**: constでない変数
**: クラスのメンバ変数
**: 標準入力などの非constexpr関数を使用して計算する値
**: 引数等のconstexprでない可能性がある値を使用して計算する値
**: 
** 関数
**: インライン化できない関数
**: 引数でもthisでもない非constexprな外側の変数を参照する操作を含む関数
**: 引数でもthisでもない外側に副作用を及ぼすような操作を含む関数
**: 
* constexprを使用すべき場合
** 上記以外全て
 

== 変数のconstexpr ==
変数におけるconstexprは、<code>#define</code>等で作成するようなコンパイル時定数を作るためのキーワードである。 
 
constとは「この変数は変更しないため、変更しようとする場合はコンパイルエラーにする」という合図であるのに対して、 
constexprとは「この変数の値はコンパイル時に確定するため、確定しない場合はコンパイルエラーにする」という合図である。 
 
また、constexpr変数は、const変数としても扱われる。 
 
コンパイラは、constexprがついた変数の値をコンパイル時に計算しようとする。もし、計算できなければ、コンパイルエラーを出力する。 
以下のサンプルコードでは、"標準入力から受け取る"という操作がコンパイル時に行えないため、コンパイルエラーとなる。 
 
どの操作がコンパイル時に計算可能かは、関数にconstexprキーワードが付いているかどうかで判断される。(後述のセクションで記載する) 
<source lang="c++">
#include <iostream>

// 標準入力からint型の値を受け取って返す(コンパイル時に値が定まらない)関数
auto get_value_from_stdin()
{
int v;
std::cin >> v;
return v;
}

int main()
{
auto a = 1; // 通常の変数
const auto b = 2; // Const
constexpr auto c = 3; // Constexpr

a = 4; // コンパイル可能 aは後から書き換えてよい
// b = 5; // コンパイルエラー bはconstなので書き換えてはいけない
// c = 6; // コンパイルエラー cはconstなので書き換えてはいけない
std::cout << a << ", " << b << ", " << c << std::endl;

auto d = get_value_from_stdin(); // コンパイル可能 dは実行時に受け取った値
const auto e = get_value_from_stdin(); // コンパイル可能 eは実行時に受け取り、今後変更されない値
// constexpr auto f = get_value_from_stdin(); // コンパイルエラー fはコンパイル時に値が確定しなければならない
std::cout << d << ", " << e << /* ", " << f << */ std::endl;

return 0;
}
</source>
 

== 関数のconstexpr ==
===== constexpr変数への戻り値の代入 =====
constexprは関数にも付けることができる。 
関数に付けたconstexprキーワードは、この関数はコンパイル時に計算できることを表している。 
 
constexpr変数に入れられる値は、コンパイル時に計算できる値だけである。 
そのため、constexprキーワードの無い関数の戻り値をconstexpr変数にする時、コンパイラはこの値はコンパイル時には計算できないと考えて、コンパイルエラーを出力する。 
また、constexprキーワードがある関数の戻り値においても、関数の内容を見て値を計算して、その過程で同様にコンパイル時には計算できない式が1つでもあれば、コンパイルエラーを出力する。 
<source lang="c++">
#include <iostream>

// 常に42を返す関数
auto answer()
{
return 42;
}

// 常に42を返すconstexprな関数
constexpr auto answer_constexpr()
{
return 42;
}

// 常に42を返すconstexprな関数(?)
constexpr auto answer_print()
{
// std::cout << 42 << std::endl; // コンパイルエラー標準出力への書き出しはコンパイル時には行えない
return 42;
}

int main()
{
// constexpr auto a = answer(); // コンパイルエラー answer関数はconstexpr関数ではない
constexpr auto b = answer_constexpr(); // コンパイル可能 answer_constexpr関数はconstexpr関数
// constexpr auto c = answer_stdin(); // コンパイルエラー answer_stdin関数はコンパイルできない
std::cout << /* a << ", " << */ b << /* ", " << c << */ std::endl;

return 0;
}
</source>
 
また、コンパイル時に計算されているかどうか確認する場合は、<code>static_assert</code>を使用する方法もある。 
<source lang="c++">
// 常に42を返す関数
auto answer()
{
return 42;
}

// 常に42を返すconstexprな関数
constexpr auto answer_constexpr()
{
return 42;
}

int main()
{
// static_assert(answer() || true); // コンパイルエラー answer()はコンパイル時に計算できない
static_assert(answer_constexpr() || true); // コンパイル可能 answer_constexpr()はconstexpr関数

return 0;
}
</source>
 
===== constexprではない引数を与える =====
constexpr関数の結果は、常にコンパイル時に計算されるというわけではない。 
 
以下のサンプルコードでは、constexprが付いているanswer_constexpr関数の引数questionはconstexprではないが、 
この場合でもコンパイル可能で、answer_constexpr関数はあたかもconstexprキーワードの無い関数のように(少なくとも(1)の行では)動作する。 
 
constexprキーワードはあくまで「コンパイル時に値が確定できる」ことを伝えるだけで、「コンパイル時にしか値を計算しない」というわけではない。 
<source lang="c++">
#include <iostream>

// 標準入力から int 型の値を受け取って返す関数
auto get_value_from_stdin()
{
int v;
std::cin >> v;
return v;
}

// 常に42を返すconstexprな関数
constexpr auto answer_constexpr([[maybe_unused]] int question)
{
return 42;
}

int main()
{
constexpr auto value_constexpr = 1; // constexprな値
const auto value_const = get_value_from_stdin(); // constだがconstexprではない値

constexpr auto a = answer_constexpr(value_constexpr); // コンパイル可能引数がconstexprなので、コンパイル時に値が確定する
// constexpr auto b = answer_constexpr(value_const); // コンパイルエラー引数がconstexprな値ではないので、コンパイル時に値が確定しない
const auto c = answer_constexpr(value_constexpr); // コンパイル可能引数がconstexprなので、コンパイル時に値が確定する
const auto d = answer_constexpr(value_const); // (1) コンパイル可能引数がconstexprな値ではないので、コンパイル時に値は確定しないが、コンパイルエラーにはならない

std::cout << a << ", " << /* b << ", " << */ c << ", " << d << std::endl;

return 0;
}
</source>
 
===== 引数や戻り値のconstとconstexpr関数 =====
変数のconstexprがconstを兼ねているので見づらいが、関数のconstexprは引数や返り値のconstとは一切関係が無い。 
 
以下のサンプルコードでは、answer_constexpr3関数は「変数の参照を受け取り、破壊的変更を加えて、その参照をconstも付けずに返す」という操作を行っているが、 
この操作は全て(少なくともC++14以降では)constexprで行ってよい操作なので、この関数は問題なくconstexpr関数として作ることができる。 
<source lang="c++">
#include <iostream>

// OK、常に 42 を返す、 constexpr な関数
constexpr auto answer_constexpr([[maybe_unused]] int question)
{
return 42;
}

// OK、常に 42 を返す、 constexpr な関数
constexpr auto answer_constexpr2([[maybe_unused]] const int question)
{
return 42;
}

// OK、与えられた引数に 1 を足して返す、 constexpr な関数
// 受け取る変数を直接書き換えて返すので何も const じゃないように見えるが、れっきとした constexpr 関数である
constexpr auto& answer_constexpr3(int& question)
{
question += 1;
return question;
}

// OK、 answer_constexpr3 に直接 constexpr な変数は渡せないが、
// 「const でない変数を渡して constexpr 関数を用いて計算する」こと自体は constexpr
constexpr auto use_answer_constexpr3(int question)
{
auto q = question;
q = answer_constexpr3(q);
return q;
}

int main()
{
constexpr auto value = 41;
constexpr auto a = answer_constexpr(value);
constexpr auto b = answer_constexpr2(value);
constexpr auto c = use_answer_constexpr3(value);
std::cout << a << ", " <
 
===== 外部変数の参照 =====
constexpr関数で行なってはいけない操作は、主に引数以外のconstexpr以外の外部の変数を参照する操作である。 
<source lang="c++">
#include <iostream>

// 標準入力からint型の値を受け取って返す(コンパイル時に値が定まらない)関数
auto get_value_from_stdin()
{
int v;
std::cin >> v;
return v;
}

namespace sample
{
const auto outer = get_value_from_stdin(); // 外部の変数
constexpr auto outer_constexpr = 42; // constexprな外部の変数

// コンパイルエラー外部の変数を参照しているのでconstexpr関数にできない
// constexpr auto f_outer()
// {
// return outer;
// }

// コンパイル可能 constexprな外部の変数は参照してもよい
constexpr auto f_outer_constexpr()
{
return outer_constexpr;
}

constexpr int& f_argument(int& x)
{
x += 1; // OK、引数になら色々やってもよい
return x;
}

constexpr auto use_f_argument()
{
int x = 41;
return f_argument(x);
}
}

int main()
{
// constexpr auto a = sample::f_outer(); // コンパイルエラー f_outerはコンパイルできない
constexpr auto b = sample::f_outer_constexpr();
constexpr auto c = sample::use_f_argument();

std::cout << /* a << ", " << */ b << ", " << c << std::endl;

return 0;
}
</source>
 

__FORCETOC__
[[カテゴリ:C++]]