[C++] Compile Time if in C++17

要說的話...就是把原本要用 SFINAE (substitution failure is not an error) 才能做到的事情變成可以用更直覺的寫法來做到。

這個我們直接看例子比較快：

template <bool is_numeric> struct AsString;

template<>
struct AsString<true> {
	template <typename T>
    static string toStr(T x) { return std::to_string(x); }
};

template<>
struct AsString<false> {
	template <typename T>
    static string toStr(T x) { return std::string(x); }
};

int main() {
	const auto val = 5;
	const auto str = "hello world";
	cout << AsString<is_arithmetic<decltype(val)>::value>::toStr(val) << '\n'
	     << AsString<is_arithmetic<decltype(str)>::value>::toStr(str) << '\n';
	return 0;
}

上面這個例子是在 C++17 前如果想要把任意型態的 (雖然還不夠完整，以這邊的例子來說只有數值型態以及字串型別) 的值轉成 std::string 的寫法。這邊的做法是利用 SFINAE 搭配 type straits 的方式來達到在 compile time 就能確定要用哪種方式把值轉成 std::string 的型態。關於 type traits 搭配 SFINAE 的作法可以參考這篇，這裡就不多做解釋。

以上寫法的優點雖然是能在 compile time 就能確定要用哪種方式把值轉成 std::string 避免 compiler 產生無謂的 code 以及增加 runtime overhead，缺點也很明顯：就是那個邏輯其實很難懂，再加上 template 本身不易解讀又有各種限制 (以這邊的例子來說，function 不能有 partial specialization，所以寫起來會更複雜一點)，相對的也會增加維護上的難度，是以 C++17 引入的 compile time if 就是為了簡化這種狀況的。

一樣看個例子

template <typename T>
std::string toString(T x)
{
	if constexpr (is_arithmetic<T>::value) {
		return std::to_string(x);
	}
	else {
		return std::string(x);
	}
}

int main() {
	const auto val = 5;
	const auto str = "hello world";
	cout << toString(val) << '\n'
	     << toString(str) << '\n';
	return 0;
}

前後比對後應該不難發現真的簡化易懂許多

特別值得注意的是，上面的寫法如果不是 compile time if 而是 runtime if (也就是一般 if 的寫法)，則這個 sample code 會遇上 compile error，因為 std::to_string 的參數不接受 非數值型態的參數、std::string 的 constructor 則是不接受 string 以外的參數。

compile time if 能用的原因其實就跟 SFINAE 有異曲同工之妙：條件不符的區塊甚至不會進行編譯，所以在寫法簡化的同時依然能達到以往寫法的優點。不過這點有一個例外：就是 static_assert。舉例來說，下面這例子編譯一定失敗：

template 
std::string toString(T x)
{
	if constexpr (is_arithmetic::value) {
		static_assert(false, "always fail");
		return std::to_string(x);
	}
	else {
		return std::string(x);
	}
}

就算 T 的型別不是數值型態，static_assert 依然會被觸發，這是跟 SFINAE 寫法的第一個不同之處。

第二點則是 compile time if 沒有 short circuit evaluation，所以寫在 if condition 內的所有算是都會被運算確認，換言之，只要有一個條件會導致編譯錯誤就不行

第三點跟 if 的特性有點像：如果今天有多個 if 的條件都能符合，則 compiler 會選第一個符合的區塊；相對的，以往 SFINAE 的寫法因為會利用 type deduction，所以是挑選型態符合程度最高的。也因此在有多個 specialization 寫法都能符合條件的情況下，SFINAE 的寫法跟 compile time if 的結果是有可能不同的。

簡單來說，這是個提供更高便利性及可讀性的新語法，不過如果是本來就不常用 template 的人我想大概對這個新語法無感。