在 header 檔使用 constexpr 定義全域變數

這邊是看到《Quick Q: use of constexpr in header file》這篇文章，覺得還滿實用的，所以來記錄一下；他基本上是有人在 StackOverflow 上有人提出這個問題（頁面）後，相關的討論。

首先，「constexpr」這個關鍵字，是在 C++11 加入的東西（參考）；它的用處，是將變數或函式宣告為可以在編譯階段（compile time）就可以計算出他的值。

透過這個關鍵字，除了可以讓編譯器在編譯時就針對這些東西最佳化外，更有可能讓寫出更多在編譯階段展開的語法。像是 C++17 的「if constexpr」（參考），也可以在撰寫某些程式時、更為方便。

而在某些地方，也可以看到有人建議用 constexpr 來取代 #define，來作為更好的變數定義（至少會是 type-safe 的）。

而這邊的問題是：

可以在 header 檔中，使用 constexpr 來定義變數嗎？當多個 .cpp 檔去 include 他的時候，會不會產生多個實體、或是造成變數重定義的問題？

這邊的答案是：

constexpr 基本上就會有 const 的效果，而全域、或在 namespace 裡的 const 則會有 static 的效果，進而讓每一個引用這個 header 檔的 .cpp 在編譯時，都產生一個內部、獨立的變數。

假設這邊在 header 檔裡面寫了下面的宣告

constexpr double PI=3.14;

那如果有兩個 .cpp 檔都有引用這個 header 檔，這兩個檔案裏面，會各自有一份獨立的「PI」這個變數。

如果在這兩個 .cpp 裡面，都執行

std::cout << "Value: " << PI << ", address: " << &PI 
<< std::endl;

這樣的程式，把值和其位址輸出的話，會得到類似下面的結果：

Value: 3.14, address: 01068B30
Value: 3.14, address: 01068B38

可以看到，雖然數值都是對的，但是記憶體位置會不相同。

而如果要不希望有多份變數的話，在 C++17 裡，則可以透過新的 inline variable 這個新的語法（參考），讓他不再是 static 的、進而不會被多次產生。

他的寫法就是：

inline constexpr double PI=3.14;

如此一來，在不同的 .cpp 裡面，也都會存取同一個變數，而不是各自的副本了。

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而實際上，在 C++17 裡面，也可以透過 inline，來定義非 const 的全域變數！

比如說，如果在 header 裡面是寫

double PI=3.14;

的話，當有多個 .cpp 都 include 這個 header 檔的時候，就會出現 PI 這個變數被重新定義的錯誤。

而如果改成

inline double PI=3.14;

的話，就不會有這個問題了！

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整體來說，這篇的重點其實是 C++17 的 inline variable 這種新語法。透過這樣的語法，以後要寫 header only 的函式庫，或是要在 header 裡面定義變數，就更簡單了～