C++非类型模板参数

一、非类型模板参数

简单点说就是在定义模板时，模板的类型参数不是一个泛型的 T，而是一个具体的类型。这种比较多的是在比如定就义容器类模板时，指定容器的容量大小。如下 SStack 的定义。

template<typename T, std::size_t MaxSize>
class SStack{
private:
    std::array<T, MaxSize> elems;
    std::size_t numElems;
public:
    SStack();
    void push(const T& t);
    void pop();
    const T& top() const;
    bool empty() const {
        return numElems == 0;
    }
    std::size_t size() const {
        return numElems;
    }
};

template<typename T, std::size_t MaxSize>
SStack<T, MaxSize>::SStack() {}

template<typename T, std::size_t MaxSize>
void SStack<T, MaxSize>::push(const T &t) {
    assert(numElems < MaxSize);
    elems[numElems] = t;
    ++numElems;
}

template<typename T, std::size_t MaxSize>
void SStack<T, MaxSize>::pop() {
    assert(!elems.empty());
    --numElems;
}

template<typename T, std::size_t MaxSize>
const T& SStack<T, MaxSize>::top() const{
    assert(!elems.empty());
    return elems[numElems-1];
}

下面是使用代码

SStack<float, 30> sStack30;
SStack<float, 50> sStack50;

看起来还是很简单的，谁说不是呢？

二、非类型模板参数的限制

非类型模板参数并不是所有类型都可以的，是有一定限制的：

1. 只能是整型常量包括枚举，比如，如果是个 std::string 则会报以下错误信息。

   
   image.png

2. 指向 objects/function/members 的指针或者引用。但注意，指针所指向的对象不能是字符串常量、局部变量或者数据成员及其子类对象。而且，这里还有版本的差异。在 C++11 中，要求指针所指的对象必须是 extern 的，而在 C++ 14 则要求必须 extern 或者文件内的全局变量，而在 C++ 17 后，这些限制都放宽了。

3. objects/function 的左值引用，或者 nullptr。

三、使用 auto 关键字使非类型模板参数的类型更加泛化

使用 auto 关键字作为非类型模板参数时的定义

template<typename T, auto MaxSize>
class AutoStack{
private:
    std::array<T, MaxSize> elems;
    using size_type = decltype(MaxSize);
    size_type numElems;
public:
    AutoStack();
    void push(const T& t);
    void pop();
    const T& top() const;
    bool empty() const {
        return numElems == 0;
    }
    auto size() const {
        return numElems;
    }
};

template<typename T, auto MaxSize>
AutoStack<T, MaxSize>::AutoStack() {}

template<typename T, auto MaxSize>
void AutoStack<T, MaxSize>::push(const T &t) {
    assert(numElems < MaxSize);
    elems[numElems] = t;
    ++numElems;
}

template<typename T, auto MaxSize>
void AutoStack<T, MaxSize>::pop() {
    assert(!elems.empty());
    --numElems;
}

template<typename T, auto MaxSize>
const T& AutoStack<T, MaxSize>::top() const{
    assert(!elems.empty());
    return elems[numElems-1];
}

上面有两个比较有意思的地方，一个是可以通过 decltype 返回 auto 的实际类型从而来定义 numElems 属性。另一个是 size() 方法的返回属性可以用 auto 关键字来让编译器自动推导。真的是妙啊。

四、总结

1. 通过非类型模板参数，我们可以知道模板的参数类型不一定非得是类型，也可以是数值。只不过这个数值是有一定限制的，具体限制看第 2 点。
2. 不可以将浮点型或者 class 类型的对象用于非类型模板参数。使用指向字符串常量，临时变量和子对象的指针或者引用也有一些限制。
3. 使用 auto 关键字，可以使非类型模板参数的类型更加泛化。