深入解析C++非类型模板参数

目录

一、模板参数分类

二、非类型模板参数的应用

三、使用示例

四、非类型模板参数的限制

五、实际应用示例

六、非类型模板参数的默认值

1、基本语法

2、实际示例

1. 静态数组类设置默认大小

2. 使用示例

3、注意事项

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一、模板参数分类

模板参数可分为两种主要类型：

1. 类型形参：出现在模板参数列表中，跟在class或typename关键字之后的参数类型名称

2. 非类型形参：使用一个常量作为类或函数模板的参数，在模板中可将该参数当作常量使用

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二、非类型模板参数的应用

非类型模板参数常用于需要编译期确定值的场景，例如实现静态数组类：

template<class T, size_t N> // N是非类型模板参数
class StaticArray {
public:size_t arraysize() const {return N;}T& operator[](size_t index) {return _array[index];}const T& operator[](size_t index) const {return _array[index];}private:T _array[N]; // 利用非类型模板参数指定静态数组的大小
};

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三、使用示例

int main() {StaticArray<int, 10> a1;    // 定义大小为10的整型静态数组cout << a1.arraysize() << endl; // 输出: 10StaticArray<double, 100> a2; // 定义大小为100的双精度静态数组cout << a2.arraysize() << endl; // 输出: 100return 0;
}

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四、非类型模板参数的限制

1. 允许的类型：

   • 只允许使用整型家族（包括整数、字符、布尔等）

   • 指针和引用在特定情况下也允许

2. 不允许的类型：浮点数、类对象、字符串字面量

3. 编译期要求：

   • 非类型模板参数必须在编译期就能确定结果

   • 因为编译器需要在编译阶段根据这些参数生成对应的类或函数

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五、实际应用示例

标准库中的std::array就是一个使用非类型模板参数的典型例子：

namespace bite {// 定义一个模板类型的静态数组template<class T, size_t N = 10> // 默认大小为10class array {public:T& operator[](size_t index) { return _array[index]; }const T& operator[](size_t index) const { return _array[index]; }size_t size() const { return N; } // 直接返回模板参数Nbool empty() const { return N == 0; }private:T _array[N];};
}

非类型模板参数为C++模板编程提供了更多灵活性，特别是在需要编译期常量的场景中非常有用。

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六、非类型模板参数的默认值

非类型模板参数可以设置默认值，这与类型模板参数设置默认值的语法规则相同。

1、基本语法

template <class T, size_t N = 默认值>  // 为非类型参数N设置默认值
class ClassName {// 类定义
};

2、实际示例

1. 静态数组类设置默认大小

template <class T, size_t N = 10>  // 默认数组大小为10
class StaticArray {
public:size_t size() const { return N; }// ... 其他成员函数
private:T _array[N];
};

2. 使用示例

int main() {StaticArray<int> a1;      // 使用默认大小10StaticArray<double, 20> a2; // 显式指定大小20cout << a1.size() << endl; // 输出: 10cout << a2.size() << endl; // 输出: 20return 0;
}

3、注意事项

1. 默认参数规则：

   • 与函数默认参数类似，从右向左设置默认值

   • 如果某个模板参数有默认值，它右边的所有参数都必须有默认值

2. 正确示例：

   template <class T = int, size_t N = 10>  // 正确
   class A {};

3. 错误示例：

   template <class T = int, size_t N>  // 错误：N没有默认值
   class B {};

这种技术广泛用于需要编译期确定大小的容器类，是模板元编程中的重要技术之一。