constexpr 是 C++11 引入的关键字，表示一个表达式或函数可以在 编译期求值。

constexpr 修饰变量

编译期计算值。constexpr 本身不是类型限定符，但它对变量 隐含顶层 const。

举例说明：

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constexpr int* ptr = &val;
  • ptr 本身不可变（不能指向别的地址）。
  • 但可以通过 ptr 修改 val 的值（*ptr = 10; 是合法的）。

constexpr 修饰函数

告诉编译器：

“如果参数都是编译期常量，编译的时候就把结果算出来；如果不是，就把它当作普通函数在运行期执行。”

为什么要使用 constexpr？

把运行时的计算提前到了编译期，减少了运行时开销。

如何实现编译时计算？

这是 constexpr 的核心，也是一直困扰我的问题。

我困扰的点是：AST 解释执行 这个东西除了教学以外还有什么应用场景？

之前在写 Pinky 编译器 的时候，第一个实现的执行方式就是遍历 AST 执行，但我一直很难想到这种执行方式的其他实际应用场景。今天突然想到 constexpr，来看了一下它的实现，终于明白了它的使用场景。

constexpr 的实现原理

正如上面所说，constexpr 实现编译时计算的方式就是 遍历 AST 解释执行。

  • 遍历顺序：求值顺序驱动的遍历。
    • 大部分是 后序遍历。
    • 也有特殊情况：如赋值语句（先右后左）、逻辑与/或（短路求值）等。
  • 执行宿主：具体执行计算的宿主语言当然就是 C++。
  • 结果处理：执行结果直接填入目标位置。

实例：GCC 中的 AST 表示

以 4 + 5 为例，这个 PLUS_EXPR 在 GCC 的 AST 树中的表示如下：

AST 详细树结构

这个属于 binop 中的 plus，遍历规则是 后序遍历：

  1. 先分别拿到 PLUS_EXPR 的左右子树的值（4 和 5）。
  2. 然后用宿主语言 C++ 计算结果（9）。
  3. 结果直接替换到 AST 中或填入目标位置。

后续计划

后续会写一些编译器 / GC 相关的博客，例如：

  • 不同编译器生成 AST 的方式（递归下降、优先级爬升）
  • 不同类型语言（编译型、纯解释型、解释 + JIT 型）的 GC 实现差异