Как вычислять значения на этапе компиляции в C/C++?

В C++ для вычисления значений на этапе компиляции используются спецификаторы consteval и constexpr, а также шаблоны метапрограммирования. В C11+ для ограниченного набора выражений — ключевое слово const.

• constexpr: Указывает, что переменная или функция может быть вычислена на этапе компиляции. Если все аргументы известны на этапе компиляции, компилятор попытается выполнить вычисление. Если нет, вычисление произойдет в рантайме.

  cpp

• consteval: (C++20) Указывает, что функция должна быть вычислена на этапе компиляции. Вызов такой функции в контексте, где результат не может быть вычислен на этапе компиляции, приведет к ошибке компиляции.

  cpp

• Шаблоны метапрограммирования: Используют инстанцирование шаблонов для выполнения вычислений на этапе компиляции. Чаще всего используются для рекурсивных вычислений и генерации типов.

  cpp

• const: В C11 и более поздних версиях C, переменные, объявленные с const и инициализированные константным выражением, могут использоваться в контекстах, требующих констант времени компиляции (например, размер статического массива).

  c

Вычисление на этапе компиляции (constexpr evaluation, compile-time evaluation) позволяет:

• Повысить производительность, избегая выполнения кода в рантайме.
• Сделать код безопаснее, выявляя ошибки вычислений (например, деление на ноль) на этапе компиляции.
• Использовать вычисленные значения в контекстах, требующих констант (размеры массивов, аргументы шаблонов и т.д.).