Diff between Constexpr and Define

if constexpr 和 #define 加上 #ifdef/#ifndef 等条件编译指令都可以用来控制代码编译，但它们在工作方式和适用场景上有显著的区别：

1. 工作阶段:

if constexpr (C++17 及以上): 在编译时进行求值。 if constexpr 的条件必须是一个常量表达式，也就是说，它必须能在编译时计算出结果。根据条件的值，编译器会只编译 if 或 else 分支中的代码，另一个分支会被完全丢弃。
#define 和条件编译指令 (如 #ifdef, #ifndef, #if): 在预处理阶段进行处理。预处理器会根据 #define 定义的宏以及条件编译指令的逻辑，选择性地包含或排除代码块。预处理器处理的结果是一个修改后的源文件，然后才会被编译器编译。

2. 条件类型:

if constexpr: 条件必须是常量表达式，通常涉及：
- 字面值常量 (例如 10, true, "hello")
- constexpr 变量/函数
- 类型特征 (如 std::is_same, std::is_integral)
- 模板参数
#define 和条件编译指令: 条件通常基于：
- 宏是否被定义 (#ifdef, #ifndef)
- 宏的值 (#if with integer arithmetic and logical operators)
- 预定义的宏 (例如 __cplusplus, __linux__, _WIN32)

3. 错误检测:

if constexpr: 编译器只编译选中的分支。如果未被选中的分支有语法错误或类型错误，编译器不会进行检查，因为该分支的代码被直接丢弃了。选中的分支的错误会在编译时报错。
#define 和条件编译指令: 编译器会尝试编译所有分支的代码，即使某个分支因为条件编译指令而被排除在外。如果被排除的分支有语法错误或类型错误，编译器仍然会报错。这是因为预处理器只是决定是否包含代码，它不会修改代码的语法。

4. 作用域:

if constexpr: 遵循正常的 C++ 作用域规则。在 if constexpr 的分支中声明的变量只在该分支内可见。
#define 和条件编译指令: #define 定义的宏具有全局作用域（从定义的位置开始到文件结束，或者直到 #undef）。这可能导致命名冲突和难以调试的问题。

5. 代码可读性和维护性:

if constexpr: 因为是 C++ 语言的一部分，所以更加符合 C++ 的编码规范。代码通常更易于阅读和维护，特别是涉及到复杂的条件逻辑时。
#define 和条件编译指令: 过度使用条件编译指令可能导致代码难以理解，特别是当存在多层嵌套时。

6. 调试:

if constexpr: 调试器会直接看到最终编译的代码，所以调试体验更自然。
#define 和条件编译指令: 调试器可能需要预处理器的信息才能正确地显示代码。

总结:

特性	`if constexpr`	`#define` 和条件编译指令
处理阶段	编译时	预处理时
条件类型	常量表达式	宏的定义状态和值，预定义宏
错误检测	只检查编译的分支	检查所有分支 (即使排除在外)
作用域	遵循 C++ 作用域规则	全局作用域 (从定义到文件结束或 `#undef`)
可读性/维护性	通常更好	容易导致代码混乱，特别是多层嵌套
适用场景	根据编译时常量选择代码逻辑，例如：根据模板参数选择不同的实现、编译时的性能优化等。	控制编译过程，例如：包含/排除特定平台或特定配置的代码、包含头文件、防止头文件重复包含等。

例子:

c++

#include <iostream>
#include <type_traits>

// 使用 if constexpr 根据模板参数选择不同的实现
template <typename T>
auto print_value(T value) {
  if constexpr (std::is_integral_v<T>) {
    std::cout << "Integer value: " << value << std::endl;
  } else if constexpr (std::is_floating_point_v<T>) {
    std::cout << "Floating-point value: " << value << std::endl;
  } else {
    std::cout << "Other value: " << value << std::endl;
  }
}

// 使用 #define 和条件编译指令控制平台特定的代码
#ifdef _WIN32
#define OS "Windows"
#else
#define OS "Other"
#endif

int main() {
  print_value(10);      // 输出: Integer value: 10
  print_value(3.14);    // 输出: Floating-point value: 3.14
  print_value("hello");  // 输出: Other value: hello

  std::cout << "Operating System: " << OS << std::endl;

  return 0;
}

建议:

如果需要在编译时根据常量表达式选择代码逻辑，优先使用 if constexpr。
#define 和条件编译指令更适合用于控制编译过程本身，例如：包含/排除特定平台或特定配置的代码、包含头文件等。
避免过度使用条件编译指令，尽量保持代码的清晰和可维护性。
尽量使用 constexpr 来定义编译时常量，而不是使用 #define。
C++20引入了 consteval，可以用来定义必须在编译时求值的函数。这可以进一步提高编译时代码的安全性。

总之，if constexpr 提供了一种更安全、更符合 C++ 语言规范的方式来执行编译时条件判断，并且能够提高代码的可读性和可维护性。只有当需要控制预处理过程时，才应该使用 #define 和条件编译指令。

总结：

if constexpr 在编译时进行求值，而 #define 和条件编译指令在预处理阶段进行处理。
if constexpr 的条件必须是常量表达式，而 #define 和条件编译指令的条件可以是宏的定义状态和值，预定义宏。
if constexpr 只检查编译的分支，而 #define 和条件编译指令检查所有分支（即使排除在外）。
if constexpr 遵循 C++ 作用域规则，而 #define 定义的宏具有全局作用域（从定义到文件结束或 #undef）。
if constexpr 通常更好，而 #define 和条件编译指令可能导致代码混乱，特别是多层嵌套。