什么是 C++ 中的常量表达式？ 有什么用途？and如何判断一个表达式是否是常量表达式？

参考文献：constexpr介绍以及与const的区别-CSDN博客

定义

在 C++ 中，常量表达式是一种在编译期间就能计算出结果的表达式。

字面量常量：如整数字面量（1、2、3等）、字符字面量（'a'、'b'等）、布尔字面量（true、false）和浮点字面量（3.14、2.718等）。例如，表达式3 + 4中的3和4就是整数字面量，整个表达式在编译时可以计算出结果为7。

const修饰的变量（满足一定条件）：当一个变量被const修饰并且它的初始值是一个常量表达式时，这个变量也可以用于常量表达式。例如，const int a = 5;，这里a可以用于常量表达式，如a*2，因为a的值在编译时就已经确定为5，所以a*2在编译时可以计算出结果为10。不过，如果const变量是通过运行时才能确定的值初始化的，它就不是常量表达式。例如，int x; cin >> x; const int b=x;，这里的b不是常量表达式，因为它的值是在运行时通过用户输入确定的。

constexpr变量：这是 C++ 11 引入的一个关键字，是声明常量表达式的。constexpr变量在声明时必须初始化，并且初始化的值必须是一个常量表达式。constexpr变量本质上是为了更明确地定义常量表达式，并且它在编译时可以参与更复杂的计算，确保计算结果在编译时就能确定。

修饰常量：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    constexpr int num = 1 + 2 + 3;
    int a[num] = {1,2,3,4,5,6};
    cout<< a[1] << endl;//2
    return 0;
}

修饰函数

• 整个函数的函数体中，除了可以包含 using 指令、typedef 语句以及 static_assert 断言外，只能包含一条 return 返回语句。

constexpr int display(int x) {
    //可以添加 using 执行、typedef 语句以及 static_assert 断言
    return 1 + 2 + x;
}

• 该函数必须有返回值，即函数的返回值类型不能是 void。
• 使用函数之前，必须先实现
• return 返回的表达式必须是常量表达式

用途

数组大小定义

在 C++ 中，定义数组时，数组的大小必须是一个常量表达式。例如，const int size = 10; int arr[size];，这里的size是一个常量，所以arr的定义是合法的。如果使用一个在运行时才能确定的值来定义数组大小，编译器会报错。这有助于在编译阶段检查数组大小是否合法，避免一些潜在的内存错误。

提高程序性能

由于常量表达式的值在编译时就已经确定，编译器可以对其进行优化。例如，对于一个包含常量表达式的循环条件，编译器可以在编译时就判断循环的执行次数，从而可能减少生成的机器指令数量。比如，constexpr int n = 100; for(int i = 0; i < n;++i)，编译器知道循环会执行 100 次，它可以在编译时进行一些预先计算，而不是在每次运行程序的循环中都去判断循环条件。

模板参数

在模板编程中，常量表达式可以作为模板参数。例如，template struct Array{int data[N]; };，这里N是一个常量表达式模板参数。这样可以根据编译时确定的常量来定制模板类或模板函数的行为，使得代码更加灵活和高效。例如，可以定义一个大小为特定常量的数组模板类，在编译时就确定数组的大小，避免了运行时的动态内存分配开销等问题。

如何判断一个表达式是否是常量表达式？

从组成元素判断

字面量：如果表达式仅由字面量组成，那么它是常量表达式。字面量包括整数（如1、2、3）、浮点数（如3.14、2.718）、字符（如'a'、'b'）、字符串（如"hello"）和布尔值（true、false）。例如，3 + 4是常量表达式，因为3和4是整数字面量，通过加法运算得到的结果在编译时可以确定。

const变量（有限制）：当一个变量被const修饰，并且它的初始值是常量表达式时，这个变量可以用于常量表达式。例如，const int a = 5;，a可以参与常量表达式，如a*2，因为a的值在编译时已知为5。但如果const变量的初始值是在运行时才能确定的，它就不是常量表达式。例如，int x; std::cin >> x; const int b = x;，b不是常量表达式，因为它的值依赖于运行时的用户输入。

constexpr变量和函数：被声明为constexpr的变量和函数在符合要求的情况下是常量表达式的组成部分。constexpr变量在声明时必须初始化，且初始值必须是编译时能确定的常量表达式。例如，constexpr int c = 3*4;是常量表达式。对于constexpr函数，其函数体应仅包含简单的操作，当以常量表达式为参数调用时，返回值在编译时可确定。例如，constexpr int square(int x) {return x*x;}，constexpr int y = square(3);中y是常量表达式，因为square(3)在编译时可计算出为9。

枚举常量：枚举类型中的枚举常量是常量表达式。例如，enum Color {RED, GREEN, BLUE};，RED、GREEN和BLUE的值在编译时确定，可用于常量表达式。默认情况下，第一个枚举常量为0，后续的依次递增1，不过也可以手动指定枚举常量的值。

从使用场景判断

数组大小定义：在 C++ 中，数组大小必须是常量表达式。如果一个表达式可以用于定义数组大小，那么它是常量表达式。例如，constexpr int size = 10; int myArray[size];，这里size是常量表达式，因为它能用于定义数组大小。

模板参数（constexpr模板参数）：在模板编程中，如果一个表达式可以作为constexpr模板参数，那么它是常量表达式。例如，template class MyArray {int data[N]; };，这里N要求是常量表达式，若某个表达式能够作为N的值，如constexpr int value = 5; MyArray myObj;，则value是常量表达式。

switch语句的case标签：在switch语句中，case标签必须是常量表达式。例如，constexpr int option = 2; switch(option) {case 1: std::cout