C++ if constexpr的用法（非常详细）

C++ 中，当使用 SFINAE 和 std::enable_if 来定义函数重载或编写可变参数函数模板时，模板元编程可能变得复杂和混乱。C++17 的一个特性就是为了简化这类代码而提出的，它被称为 if constexpr，它定义了一个 if 语句，该语句的条件在编译时进行计算，导致编译器选择编译单元中的分支或其他分支的主体。

if constexpr 的典型用法是简化可变参数模板和 std::enable_if 的代码。

C++ if constexpr的使用方式

if constexpr 的语法与常规的 if 语句非常类似，并且要求在条件之前使用 constexpr 关键字。一般形式如下：

if constexpr (init-statement condition) statement-true
else statement-false

if 语句中的条件必须是一个编译时表达式，该表达式的计算值为布尔值或可转换为布尔值。如果条件为 true，则选择 if 语句的主体，这意味着它将在编译单元中结束；如果条件为 false，则计算 else 分支（如果定义了分支）。

下面我们将探讨使用 if constexpr 进行条件编译的几个用例。使用 if constexpr 语句完成以下操作：
1) 避免使用 std::enable_if 和依赖 SFINAE 对函数模板类型施加限制并有条件地编译代码：

template <typename T>
auto value_of(T value)
{
    if constexpr (std::is_pointer_v<T>)
        return *value;
    else
        return value;
}

2) 简化可变参数模板的编写，实现编译时递归元编程：

namespace binary
{
    using byte8 = unsigned char;

    namespace binary_literals
    {
        namespace binary_literals_internals
        {
            template <typename CharT, char d, char... bits>
            constexpr CharT binary_eval()
            {
                if constexpr(sizeof...(bits) == 0)
                    return static_cast<CharT>(d-'0');
                else if constexpr(d == '0')
                    return binary_eval<CharT, bits...>();
                else if constexpr(d == '1')
                    return static_cast<CharT>(
                        (1 << sizeof...(bits)) |
                        binary_eval<CharT, bits...>());
            }
        }

        template<char... bits>
        constexpr byte8 operator"""_b8()
        {
            static_assert(
               sizeof...(bits) <= 8,
               "binary literal b8 must be up to 8 digits long");

            return binary_literals_internals::
               binary_eval<byte8, bits...>();
        }
    }
}

C++ if constexpr的工作原理

在前文的第一个例子中，value_of() 函数模板有一个整洁的签名，函数体也很简单。如果替换模板形参的类型是指针类型，编译器将选择第一个分支（即 return*value；）来生成代码，并丢弃 else 分支。对于非指针类型，因为条件的计算结果为 false，编译器将选择 else 分支（即 return value；）来生成代码，并丢弃其余部分。该函数的使用方法如下：

auto v1 = value_of(42);

auto p = std::make_unique<int>(42);
auto v2 = value_of(p.get());

然而，如果没有 if constexpr 的帮助，我们只能使用 std::enable_if 来实现它。下面的实现是一个更糟糕的替代方案：

template <typename T, typename = typename std::enable_if_t<std::is_pointer_v<T>, T>>
auto value_of(T value)
{
    return *value;
}

template <typename T, typename = typename std::enable_if_t<!std::is_pointer_v<T>, T>>
T value_of(T value)
{
    return value;
}

如你所见，if constexpr 变体不仅更短，而且更有表现力，更容易阅读和理解。