const vs constexpr для переменных в C++: в чем разница и что выбрать?

Ключевое отличие: время вычисления vs гарантия неизменности

Давайте разберем на примерах. Главное различие — constexpr требует, чтобы значение было известно на этапе компиляции, а const только запрещает изменение переменной после инициализации. При этом const может быть инициализирован значением, которое вычисляется во время выполнения.

// Пример 1: const с runtime-значением
int getUserAge() { return 25; } // обычная функция
const int age = getUserAge();   // OK: age неизменяема, но значение известно только в runtime

// Пример 2: constexpr требует compile-time
constexpr int compileTimeAge = getUserAge(); // ОШИБКА: getUserAge() не constexpr

Практические сценарии использования

Используйте const для:

• API и интерфейсов — когда переменная не должна изменяться, но её значение может быть результатом вызова функции (например, размер вектора).
• Параметров функций — const int& value защищает от случайного изменения.
• Контейнеров и объектов — const std::string name = getName();

Используйте constexpr для:

• Размеров массивов — в стандартном C++ размер массива должен быть константой времени компиляции.
• Шаблонных параметров — std::array<int, size> требует constexpr.
• Математических констант — constexpr double pi = 3.141592653589793;
• Флагов компиляции — constexpr bool debugMode = false;

Почему const для массивов может работать (но не всегда)

Вопрос про int arr[size] — это ловушка. В C++ стандартные массивы требуют constexpr размера. Однако некоторые компиляторы (например, GCC с расширениями) поддерживают VLA (Variable Length Arrays) — это нестандартное поведение.

// Правильный C++:
constexpr int size = 10;
int arr[size]; // OK: size известен на этапе компиляции

// Некорректный C++ (но может скомпилироваться с расширениями):
int runtimeSize = 10;
const int size2 = runtimeSize;
int arr2[size2]; // Ошибка в стандартном C++ (VLA — нестандартное расширение)

Когда constexpr строже — это хорошо

Если вы можете сделать переменную constexpr — делайте. Это даёт:

• Гарантию нулевого оверхеда — значение встраивается в код.
• Возможность использовать в контекстах, требующих compile-time (например, static_assert, шаблоны).
• Оптимизацию — компилятор может вычислить больше на этапе компиляции.

Итоговое правило

Простое эмпирическое правило: если значение может быть вычислено во время компиляции — используйте constexpr. Если нет — используйте const. Не бойтесь комбинировать: constexpr const int x = 5; — избыточно, но не ошибочно (в C++17 constexpr уже подразумевает const).

Пример из реального кода:

class Config {
public:
    static constexpr double PI = 3.14159;          // compile-time
    static const std::string APP_NAME = "MyApp";   // const, т.к. std::string не constexpr
};