enumの値はコンパイル時定数？enumとconstexprの使い分け

Question

constexprの存在を知ってからは
これならコンパイル時定数だからなるべく使っていくべきだと思い
定数を定義する場合はconstexprを中心に、使えないところではconstという感じで定数を定義してきました。

そうしているうちに、どちらにしろ定義名は付けるのだから
衝突を避けたり、型名として扱ったりしたいわけじゃないのなら
わざわざenumを使わずに、constexprの方がいいのだろうと考え出して
enumを使うことがほとんどなくなってしまいました。

ただ、本当にそうなのか...?と疑問に思い始めて
enumについて調べていたのですが
列挙宣言 - cppreference.com
このサイトに

enum name { enumerator = constexpr , enumerator = constexpr , ... }

このような記述がありました。
このenumerator = constexprという記述
つまりenumの値というのはコンパイル時定数ということなのでしょうか？
明確にenumはコンパイル時定数だという記述が書いてあるようなサイトが見つからず悩んでいるところです

もしそうなのであれば、enumをもっと活用しておくべきだったなと思っているのですが
皆さんはどういう風に定数の使い分けているのか（特にenumとconstexpr）
enumの使うべき場面、constexprの使うべき場面など
よろしかったら教えていただけないでしょうか？

よろしくお願いします。

Answer 1

このenumerator = constexprという記述
つまりenumの値というのはコンパイル時定数ということなのでしょうか？

質問者さんの疑問は、下記2つの話題が混じっているように思えます。該当サイトの表記は、[A]に対応しています。

• [A] enum列挙子の定義では、定数式の値が要求される。
• [B] enum列挙子の利用時に、定数式として扱われる。

[B]はかつて「enumハック(enum hack)」とよばれた技法であり、C++11 constexpr登場以前からあるコンパイル時定数を記述する古のテクニックです。static const int N = 42;のような定数定義がサポートされない古臭いコンパイラ向けのハックの一種でした。

enumハックの記述自体は今でも有効ですが、定数式が必要であればconstexprを用いるべきでしょう。

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enumの使うべき場面、constexprの使うべき場面など

本来、両者は直交した機能です。プログラムの意味論上、物事の列挙(enumeration)にはenumをつかい、コンパイル時処理のサポートが必要ならconstexprを使えばよいと思います。

FYI: constexprは「コンパイル時／実行時処理の両方」をサポートしますが、C++20ではconstevalという「コンパイル時処理に限定」という機能も追加予定です。

Comments

[tuyudaku]

>該当サイトの表記は、[A]に対応しています。
なるほど、とても腑に落ちました

>コンパイル時処理のサポートが必要ならconstexprを使えばよいと思います。
コンパイル時処理のサポートが必要な状況
私にはまだその状況を想像することが出来ませんが

とりあえず「コンパイル時定数」ということと
出典は忘れましたが、利用することでconstよりはパフォーマンスが良くなる
というのを見ました（微々たるものでしょうけど)
この認識は間違っていないでしょうか？

私の中のイメージとしては
constexprはメモリ上に展開されないもの
極端な話define定義と同じイメージだと考えていたのですが
これも考え方の方向としては間違っていないでしょうか？

重ねての質問で申し訳ありません

>constexprは「コンパイル時／実行時処理の両方」をサポートしますが
コンパイル時として扱えない場合は、実行時処理になるのですね
ただの定数として扱う場合はあまり気にすることな無いでしょうか

[yohhoy]

> コンパイル時処理のサポートが必要ならconstexprを使えばよい
「constexprを記述＝必ずコンパイル時に処理される」では無いため、このような回りくどい書き方になっています。

> 「コンパイル時定数」ということと[...]利用することでconstよりはパフォーマンスが良くなるというのを見ました（微々たるものでしょうけど)
> この認識は間違っていないでしょうか？
「constにくらべてconstexprの方が高パフォーマンス」という認識であれば、完全に誤りではないものの、大きな誤解があるように思います。
本来の意図を推測するに、「コンパイル時点で結果を計算できてしまうのであれば、実行時に毎回計算するよりは効率的である」ではないでしょうか。
constであってもコンパイル時に処理されるケースもありますし、constexprであっても実行時に処理されるケースがありえます。このあたりの仕様は非常にややこしいので、ここでは解説しきれません...

> constexprはメモリ上に展開されないもの
> 極端な話define定義と同じイメージだと考えていたのですが
> これも考え方の方向としては間違っていないでしょうか？
コンパイル時／実行時の差異を端的に表現すると、そのプログラムが「いつ」計算を行うかの違いです。
コンパイル時計算であればあなたの手元で1回だけ処理されますし、実行時計算であればユーザの動作環境上でつど計算されます。この観点では、define（プリプロセス時処理）とconstexpr（コンパイル時処理）は同じようなものです。

ただしモダンなC++プログラミングとしては、defineよりもconstexprを利用すべきですね。

[yohhoy]

>> constexprは「コンパイル時／実行時処理の両方」をサポートしますが
> コンパイル時として扱えない場合は、実行時処理になるのですね
> ただの定数として扱う場合はあまり気にすることな無いでしょうか
そうですね。
絶対にコンパイル時定数が必要なケース（例：配列要素数）で、コンパイル時計算ができなかった場合は、単にコンパイルエラーとして報告されます。それ以外のケースでは、コンパイラは何も言わず実行時計算にフォールバックします。

[tuyudaku]

>constであってもコンパイル時に処理されるケースもありますし
知りませんでした。
そこも意識してコーディングできると良さそうですね

>コンパイル時／実行時の差異を端的に表現すると、そのプログラムが「いつ」計算を行うかの違いです。
>この観点では、define（プリプロセス時処理）とconstexpr（コンパイル時処理）は同じようなものです。
その観点での考え方が確認できただけでもとても嬉しいです
コンパイル時として扱われた場合は少しはメモリ、計算処理の節約?になるかなと考えてコーディングしていたので
ここが違ったらちょっと落ち込みました...w

>ただしモダンなC++プログラミングとしては、defineよりもconstexprを利用すべきですね。
defineを排除すべくconstexpr、constを使っていこうとルールも定めました
どうしてもマクロとしての利用が必要な場合のみで、定数としては扱わないこと
という方向でやっています。

丁寧な回答ありがとうございました。
とても勉強になりました。