我最近开始使用 Arduinos，并且来自 Java 世界，我正在努力应对微控制器编程的限制。我越来越接近 Arduino 2 KB RAM 的限制。

我经常面临的一个难题是如何使代码更具可重用性和可重新配置性，而不增加其编译大小，尤其是当它仅用于特定构建中的一种特定配置时。

例如，用于7 段数字显示器的通用驱动程序类至少需要配置每个 LED 段的 I/O 引脚编号，以使该类可用于不同的电路：

class SevenSeg {
private:
    byte pinA; // top
    byte pinB; // upper right
    byte pinC; // lower right
    byte pinD; // bottom
    byte pinE; // lower left
    byte pinF; // upper left
    byte pinG; // middle
    byte pinDP; // decimal point
    
public:
    void setSegmentPins(byte a, byte b, byte c, byte d, byte e, byte f, byte g, byte dp) {
        /* ... init fields ... */
    }
    
    ...
};

SevenSeg display;
display.setSegmentPins(12, 10, 7, 6, 5, 9, 8, 13);
...

我在这里为灵活性付出的代价是用于额外字段的 8 个额外 RAM 字节，以及每次类访问这些字段时更多的代码字节和开销。但是在任何特定电路上对此类进行任何特定编译期间，此类仅使用一组值实例化，并且这些值在被读取之前被初始化。它们实际上是恒定的，就像我写过的一样：

class SevenSeg {
private:
    static const byte pinA = 12;
    static const byte pinB = 10;
    static const byte pinC = 7;
    static const byte pinD = 6;
    static const byte pinE = 5;
    static const byte pinF = 9;
    static const byte pinG = 8;
    static const byte pinDP = 13;
    
    ...
};

不幸的是，GCC 并不认同这种理解。

我考虑使用“模板”：

template <byte pinA, byte pinB, byte pinC, byte pinD, byte pinE, byte pinF, byte pinG, byte pinDP> class SevenSeg {
    ...
};

SevenSeg<12, 10, 7, 6, 5, 9, 8, 13> display;

对于这个简化的示例，其中特定参数是同构的，并且总是指定的，这并不太麻烦。但是我想要更多的参数：例如，我还需要能够为显示器的数字配置公共引脚的数量（用于可配置的数字数量），并配置 LED 极性：共阳极或共阴极。也许未来会有更多选择。把它塞进模板初始化行会很丑。而这个问题不仅限于这一类：我到处都陷入这种裂痕。

我想让我的代码可配置、可重用、美观，但每次我向某些内容添加可配置字段时，它都会占用更多 RAM 字节，只是为了恢复到相同级别的功能。

看着空闲内存数量逐渐减少感觉就像是因为编写代码而受到惩罚，这并不好玩。

我觉得我错过了一些技巧。

我为这个问题增加了悬赏，因为虽然我非常喜欢 @alterigel 显示的模板配置结构，但我不喜欢它强制重新指定每个字段的精确类型，这很冗长而且感觉很脆弱。它特别讨厌数组（由于一些 Arduino 限制，例如不支持constexpr inline或std::array，显然）。

配置结构最终几乎完全由结构样板组成，而不是我理想中的样子：只是键和值的简明描述。

由于不了解 C++，我一定错过了一些替代方案。更多模板？宏？遗产？内联技巧？为了避免这个问题变得过于宽泛，我对零运行时开销的方法特别感兴趣。

编辑：我已经从这里删除了其余的示例代码。我包括它以避免被“过于广泛”的警察关闭，但它似乎分散了人们的注意力。我的问题与 7 段显示器无关，甚至与 Arduinos 无关。我只想知道 C++ 中在编译时配置类行为的方法，这些方法的运行时开销为零。

回答

struct YesterdaysConfig {
    static const byte pinA = 3;
    static const byte pinB = 4;
    static const byte pinC = 5;
    static const byte pinD = 6;
    static const byte pinE = 7;
    static const byte pinF = 8;
    static const byte pinG = 9;
    static const byte pinDP = 10;
};

struct TodaysConfig {
    static const byte pinA = 12;
    static const byte pinB = 10;
    static const byte pinC = 7;
    static const byte pinD = 6;
    static const byte pinE = 5;
    static const byte pinF = 9;
    static const byte pinG = 8;
    static const byte pinDP = 13;

    // Easy to extend:
    static const byte extraData = 0xFF;
    using customType = double;
};

template<typename ConfigT>
class SevenSeg {
public:
    SevenSeg() {
        theHardware.setSegmentPins(
            ConfigT::pinA,
            ConfigT::pinB,
            ConfigT::pinC,
            ConfigT::pinD,
            ConfigT::pinE,
            ConfigT::pinF,
            ConfigT::pinG,
            ConfigT::pinDP
        );
    }
};

auto display = SevenSeg<TodaysConfig>{};