C++双参数函数仅第二个为编译期常量时的constexpr优化方案

原代码的核心问题：普通函数参数mask不属于编译期常量表达式，哪怕调用时传入字面量，也不能直接用于if constexpr的条件判断，会直接编译失败。

惯用写法（C++17及以上） #

将第二个编译期常量参数改为模板非类型参数，这是最符合C++规范的实现方式，模板天生自带隐式inline属性，无需额外声明即可保证头文件多编译单元引入不冲突，同时编译器可以100%在编译期完成if constexpr的分支判定，完全消除运行时分支，且可以轻松内联整个函数。

代码实现：

template <uint8_t mask> // 编译期常量作为模板参数
uint8_t convert_bcd(uint8_t num) { // inline可省略，模板默认隐式inline
    uint8_t result = mask & 0x0F & num;

    if constexpr ((mask & 0xF0) != 0)
        result += 10 * ((mask & 0xF0 & num) >> 4);

    return result;
}

调用方式：

uint8_t result1 = convert_bcd<0x7F>(data[0]);
uint8_t result2 = convert_bcd<0x3F>(data[1]);

关键字用法说明（解决混淆） #

• inline：当前C++标准中，该关键字的核心作用是允许函数在多个编译单元重复定义（即可以写在头文件中），而非强制编译器内联函数，是否内联由编译器的优化策略自行判断。模板函数默认自带隐式inline属性，因此上述代码中inline关键字可以省略。
• const：仅表示运行时变量的值不可修改，和编译期常量没有关系，不能用于要求编译期常量的场景。
• constexpr：表示对应的表达式/函数/变量可以在编译期求值，if constexpr的条件必须是编译期常量表达式，只有模板参数、constexpr修饰的变量/常量表达式可以作为其判断条件。

低版本兼容方案（C11/C14） #

如果使用的标准不支持if constexpr，可以用模板特化实现相同效果：

template <uint8_t mask, bool has_high_bit = ((mask & 0xF0) != 0)>
struct BcdConverter;

template <uint8_t mask>
struct BcdConverter<mask, false> {
    static uint8_t convert(uint8_t num) {
        return mask & 0x0F & num;
    }
};

template <uint8_t mask>
struct BcdConverter<mask, true> {
    static uint8_t convert(uint8_t num) {
        uint8_t result = mask & 0x0F & num;
        result += 10 * ((mask & 0xF0 & num) >> 4);
        return result;
    }
};

template <uint8_t mask>
uint8_t convert_bcd(uint8_t num) {
    return BcdConverter<mask>::convert(num);
}

调用方式和C++17版本完全一致，同样可以实现编译期分支消除和内联。

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