是什么阻止了此 constexpr 函数的编译时评估？

Question

我正在研究 class 来表示微控制器 (STM32) 的一组硬件引脚。所选引脚在端口上可能是不连续的，但假定它们是有序的。例如，如果创建此 PortSegment 对象来表示 PA2、PA3 和 PA6 引脚，我希望能够进行类似 segment = 0b101u 的分配，它设置 PA2 和 PA6 并重置 PA3。

目前我还没有为不连续的引脚实现 ctor。当前的只允许表示连续的引脚，如 PA2、P3 和 PA4。然而，将压缩位（如上例中的0b101u）映射到实际硬件位的逻辑是针对不连续的情况实现的。

我认为像 segment = 0b101u 这样的赋值主要可以在编译时计算，并且只能加载实际的硬件寄存器（BSRR 对于 STM32，它处理硬件引脚的原子设置和重置）使用预先计算的值在运行时间内发生。不幸的是，情况并非如此，要加载到 BSRR 中的值也在运行时间内计算。

这是我正在测试的代码的稍微简化和半生不熟的版本。省略端口选择（GPIOA、GPIOB 等）代码。

#include <cstdint>

volatile uint32_t BSRR {0}; // Assume it's a HW register for atomic pin access.

class PortSegment {
public:

    constexpr PortSegment(uint8_t start, uint8_t end)
    : selection{calculateSelection(start, end)} {}

    uint16_t operator=(uint16_t setVal) const;
//  operator uint16_t() const; // to be implemented later

private:

    static constexpr uint16_t calculateSelection(uint8_t start, uint8_t end);
    static constexpr uint16_t mapBits(uint16_t val, uint16_t selection);

    uint16_t selection; // Table of used bits in the port

};

// Used in ctor
constexpr uint16_t PortSegment::calculateSelection(uint8_t start, uint8_t end)
{
    uint16_t result {0};
    for (unsigned i = start; i <= end; ++i) result |= (1u << i);
    return result;
}

// static function
constexpr uint16_t PortSegment::mapBits(uint16_t val, uint16_t selection)
{
    uint16_t result {0};
    for (unsigned i = 0; i < 16; ++i) {
        if (selection & 1u)  {
            if (val & (1u << i)) {
                result |= (1u << i);
            }
        }
        else {
            val <<= 1;
        }
        selection >>= 1;
    }
    return result;
}

inline uint16_t PortSegment::operator=(uint16_t setVal) const
{
    uint32_t mapped {mapBits(setVal, selection)};
    BSRR = ((~mapped << 16) | mapped)
            & ((static_cast<uint32_t>(selection) << 16) | selection);
    return setVal;
}

int main()
{
    constexpr PortSegment segment {2,5}; // Use port pins 2,3,4,5
    segment = 0b1010u;
}

selection成员变量表示端口中使用的管脚。例如，0b111100表示使用PA2、PA3、PA4、PA5。问题在于，mapBits() 函数在编译期间未被评估。我也试图使它成为非静态成员函数，但没有任何改变。按照我的逻辑，PortSegmentclass的segment对象创建的时候，编译时就已经知道了，要加载到BSRR的值也可以知道.但是我好像漏掉了什么。

另一个奇怪的事情我发现，如果我把mapBits()函数中的selection >>= 1;改成selection <<= 1;（这对算法没有意义），mapBits()可以计算编译时间。

这里是 code in Godbolt.

Answer 1

您已在 Godbolt 中将优化设置为 1 级！尝试 -O3 而不是 -O1.

是什么阻止了此 constexpr 函数的编译时评估？

What is preventing compile time evaluation of this constexpr function?

c++

c++17

stm32

constexpr

constexpr-function