avr-g++位域结构体初始化：多1值存RAM？如何强制立即数？

我在Fedora 37上使用avr-g++ 10.2.0，目标平台为ATmega128，项目需要尽可能优化代码体积与RAM占用。

我通过位域结构体定义8位硬件寄存器端口：

struct MyPort
{
  uint8_t someBit:1;
  uint8_t someOtherBit:1;
  uint8_t bit_1:1;
  uint8_t bit_2:1;
  uint8_t bit_3:1;
  uint8_t bit_4:1;
  uint8_t bit_5:1;
  uint8_t more_bit:1;
};

并编写了constexpr初始化函数：

constexpr void Initialize(const MyPort & value)
{
  port = value;
}

其中port是硬件寄存器本身，我希望通过Initialize( {0,0,1,0,1,1,0,0} );的方式调用时，生成如下汇编：

ldi     r24, 0x34
out     0x18, r24

但实际部分场景下，对应值会被存入初始化内存，生成的汇编为：

lds     r24, 0x0280
out     0x18, r24

现象分析 #

我发现这个差异取决于初始化值的特征：

• 若8位值仅包含1个1位（如0x80、0x10），则会被当作立即数处理；
• 若包含多个1位（如0xc0、0x11），则会被存入初始化内存。

举两个例子：
调用Initialize( {0,0,0,0,0,0,0,1} );生成的汇编：

ldi     r24, 0x80
out     0x18, r24

调用Initialize( {0,0,0,1,0,0,0,1} );生成的汇编：

lds     r24, 0x0280
out     0x18, r24

其中值0x88被存入了0x280地址的初始化内存段。我使用-Os编译参数，无法理解这种差异的原因，也希望避免不必要的内存占用。

简化复现示例 #

以下是简化后的测试代码：

struct MyPort
{
    unsigned char b0:1;
    unsigned char b1:1;
    unsigned char b2:1;
    unsigned char b3:1;
    unsigned char b4:1;
    unsigned char b5:1;
    unsigned char b6:1;
    unsigned char b7:1;
};

constexpr void Init(unsigned char addr, const MyPort & data)
{
    *reinterpret_cast<MyPort *>(addr) = data;
}

int main(int argc, char ** argv)
{
    Init( 0x34, {0,0,0,1,0,0,0,0} );
    Init( 0x35, {0,0,0,1,0,0,1,0} );

    return 0;
}

编译命令：avr-g++ -Os test.cpp

反汇编结果（仅展示相关部分）：

00000018 <main>:
  18:   88 e0           ldi     r24, 0x08
  1a:   84 bb           out     0x14, r24
  1c:   80 91 60 00     lds     r24, 0x0060
  20:   85 bb           out     0x15, r24
  22:   90 e0           ldi     r25, 0x00
  24:   80 e0           ldi     r24, 0x00
  26:   08 95           ret

可见第一个寄存器用立即数初始化，第二个则将值存入内存（地址0x60），二者仅初始化值存在差异。除-O0外，所有优化级别下结果一致。

疑问 #

1. 这种差异产生的原因是什么？
2. 是否有方法强制使用立即数初始化，避免不必要的内存存储？

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user2849906