非类型类模板参数
前一章使用的例子 stack
使用的是标准库中的容器管理元素,也可以使用固定大小的 std::array
,它的优势是内存管理开销更小,数组的大小可以交给用户指定。
#include <array> #include <cassert> template<typename t, std::size_t maxsize> class stack { private: std::array<t,maxsize> elems; // elements std::size_t numelems; // current number of elements public: stack(); // constructor void push(t const& elem); // push element void pop(); // pop element t const& top() const; // return top element bool empty() const { // return whether the stack is empty return numelems == 0; } std::size_t size() const { // return current number of elements return numelems; } }; template<typename t, std::size_t maxsize> stack<t,maxsize>::stack () : numelems(0) // start with no elements { // nothing else to do } template<typename t, std::size_t maxsize> void stack<t,maxsize>::push (t const& elem) { assert(numelems < maxsize); elems[numelems] = elem; // append element ++numelems; // increment number of elements } template<typename t, std::size_t maxsize> void stack<t,maxsize>::pop () { assert(!elems.empty()); --numelems; // decrement number of elements } template<typename t, std::size_t maxsize> t const& stack<t,maxsize>::top () const { assert(!elems.empty()); return elems[numelems-1]; // return last element } int main() { stack<int,20> int20stack; // stack of up to 20 ints stack<int,40> int40stack; // stack of up to 40 ints stack<std::string,40> stringstack; // stack of up to 40 strings // manipulate stack of up to 20 ints int20stack.push(7); std::cout << int20stack.top() << '\n'; int20stack.pop(); // manipulate stack of up to 40 strings stringstack.push("hello"); std::cout << stringstack.top() << '\n'; stringstack.pop(); }
使用该模板需要同时指定类型和个数。 maxsize
用于指定 std::array
的大小。非类型模板参数也可以有默认值。
template<typename t = int, std::size_t maxsize = 100> class stack { ... };
非类型函数模板参数
也可以为函数定义非类型模板参数。
template<int val, typename t> t addvalue (t x) { return x + val; } std::transform (source.begin(), source.end(), // start and end of source dest.begin(), // start of destination addvalue<5,int>); // operation
也可以指定一个模板参数,由该参数之前的参数推断出其类型。
template<auto val, typename t = decltype(val)> t foo();
或者保证传值的类型和指定的类型相同。
template<typename t, t val = t{}> t bar();
非类型模板参数的限制
需要注意的是,非类型模板参数有一定的限制。一般地,非类型模板参数可以是整形(包括枚举)、指向对象/函数/成员的指针、对象/函数的左值引用或空指针类型 std::nullptr_t
。
浮点数和类类型对象不可以作为非类型模板参数。
template<double vat> // error: floating-point values are not double process (double v) // allowed as template parameters { return v * vat; } template<std::string name> // error: class-type objects are not class myclass { // allowed as template parameters ... };
当使用指针或引用作为非类型模板参数时,不能用字符串字面值、临时对象、数据成员或其他子对象作模板实参。
template<char const* name> class myclass { ... }; myclass<"hello"> x; // error: string literal "hello" not allowed
c++版本逐渐放宽了限制。c+11 之前,对象必须有外部链接;c++17 之前对象必须有外部或内部链接;c++17 放开了此限制。
extern char const s03[] = "hi"; // external linkage char const s11[] = "hi"; // internal linkage int main() { myclass<s03> m03; // ok (all versions) myclass<s11> m11; // ok since c++11 static char const s17[] = "hi"; // no linkage myclass<s17> m17; // ok since c++17 }
非类型模板参数的实参可能是任何编译期表达式。
template<int i, bool b> class c; ... c<sizeof(int) + 4, sizeof(int)==4> c;
当表达式中使用了大于号,需要将整个表达式用小括号括起来。
c<42, sizeof(int) > 4> c; // error: first > ends the template argument list c<42, (sizeof(int) > 4)> c; // ok
非类型模板参数 auto
从 c++17 开始, 可以将非类型模板参数定义为 auto
,以接收任何允许作为非类型模板参数的类型。
#include <array> #include <cassert> template<typename t, auto maxsize> class stack { public: using size_type = decltype(maxsize); private: std::array<t,maxsize> elems; // elements size_type numelems; // current number of elements public: stack(); // constructor void push(t const& elem); // push element void pop(); // pop element t const& top() const; // return top element bool empty() const { // return whether the stack is empty return numelems == 0; } size_type size() const { // return current number of elements return numelems; } }; // constructor template<typename t, auto maxsize> stack<t,maxsize>::stack () : numelems(0) // start with no elements { // nothing else to do } template<typename t, auto maxsize> void stack<t,maxsize>::push (t const& elem) { assert(numelems < maxsize); elems[numelems] = elem; // append element ++numelems; // increment number of elements } template<typename t, auto maxsize> void stack<t,maxsize>::pop () { assert(!elems.empty()); --numelems; // decrement number of elements } template<typename t, auto maxsize> t const& stack<t,maxsize>::top () const { assert(!elems.empty()); return elems[numelems-1]; // return last element }
从 c++14 开始,已经支持使用 auto 作为函数返回值。因此成员函数 size()
可以简写为:
auto size() const { // return current number of elements return numelems; }
上述模板的使用:
int main() { stack<int,20u> int20stack; // stack of up to 20 ints stack<std::string, 40> stringstack; // stack of up to 40 strings // manipulate stack of up to 20 ints int20stack.push(7); std::cout << int20stack.top() << '\n'; auto size1 = int20stack.size(); stringstack.push("hello"); std::cout << stringstack.top() << '\n'; auto size2 = stringstack.size(); if (!std::is_same_v<decltype(size1), decltype(size2)>) { std::cout << "size types differ" << '\n'; } }
前面说过,非类型模板参数 auto
接收任何允许作为非类型模板参数的类型。
#include <iostream> template<auto t> // take value of any possible nontype parameter (since c++17) class message { public: void print() { std::cout << t << '\n'; } }; int main() { message<42> msg1; msg1.print(); // initialize with int 42 and print that value:42 static char const s[] = "hello"; message<s> msg2; // initialize with char const[6] "hello" msg2.print(); // and print that value:hello }
非类型模板 auto
的参数仍不能是浮点数。
stack<int,3.14> sd; // error: floating-point nontype argument
使用 decltype(auto)
指定非类型模板参数的类型也是可以的。
template<decltype(auto) n> class c { ... }; int i; c<(i)> x; // n is int&
参考 http://www.tmplbook.com
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