C++ 23 中的 consteval 与 constinit：什么时候需要使用 consteval？

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在 C++ 23 中，consteval 与 constinit 两个新关键字的引入，进一步强化了编译期计算与常量初始化的语义。它们虽然名字相似，但用途截然不同，掌握何时使用 consteval 能帮助我们写出更安全、更高效的代码。

1. consteval：强制编译期求值

consteval 用来修饰一个函数或构造函数，表示 必须 在编译期调用。若尝试在运行时调用，编译器将报错。它的主要作用是让编译器在编译阶段完成所有计算，避免运行时的成本，同时还能保证调用方的参数满足编译期约束。

consteval int factorial(int n) {
    if (n <= 1) return 1;
    return n * factorial(n-1);
}

使用示例：

constexpr int value = factorial(5);          // OK，编译期计算
int arr[ factorial(3) ];                    // OK，编译期数组大小
auto x = factorial(10);                     // OK，编译期返回值
auto y = []{ return factorial(3); }();      // OK，编译期调用 lambda

错误用法（编译错误）：

int n = 5;
int a = factorial(n);                      // ❌ 需要在运行时计算，违反 consteval

2. constinit：保证全局/静态常量初始化

与 consteval 不同，constinit 用于变量声明，强制保证该变量在编译阶段完成初始化，并且初始化后 不能 发生更改。它解决了 constexpr 对全局对象的限制（constexpr 需要在声明时初始化），让我们可以写出更灵活的全局常量。

struct Config {
    int value;
};

constinit Config cfg{42};   // 编译期初始化，且不可修改

若尝试修改：

cfg.value = 10;             // ❌ 编译错误，constinit 只允许在初始化时赋值

3. 何时使用 consteval？

场景 适用关键字
需要在编译期完成所有计算，且函数不需要在运行时调用 consteval
想要在编译期做输入参数检查（例如，索引合法性） consteval
需要在编译期生成复杂的数据结构或配置 consteval
只需要保证全局或静态对象的初始化时机 constinit

示例：编译期生成哈希表

#include <array>
#include <cstddef>
#include <iostream>

consteval std::size_t simple_hash(const char* str) {
    std::size_t h = 0;
    while (*str) h = h * 31 + static_cast<std::size_t>(*str++);
    return h;
}

consteval std::array<std::pair<const char*, int>, 3> init_table() {
    return { { {"apple",  1},
                {"banana", 2},
                {"cherry", 3} } };
}

int main() {
    constexpr auto table = init_table();      // 编译期生成
    constexpr std::size_t h = simple_hash("banana");
    for (auto&& [k, v] : table) {
        if (simple_hash(k) == h) {
            std::cout << k << " -> " << v << '\n';
        }
    }
}

在上述代码中，init_table 通过 consteval 在编译期创建了一个数组；simple_hash 也是 consteval，保证了所有哈希值在编译时就已知，从而极大地提高了运行时性能。

4. 小结

  • consteval：强制编译期求值，适合需要在编译期完成所有计算的函数。
  • constinit：保证全局/静态对象在编译期初始化，避免运行时初始化。

正确使用这两个关键字，能够让我们的 C++ 代码在安全性与性能上得到显著提升。

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