模板元编程之非类型模板参数

一、简介

对于函数模板和类模板，模板参数并不局限于类型，普通值也可以作为模板参数，当要使用基于值的模板时，必须显示的指定这些值，才能够对模板进行实例化，并获得最终代码。

template <typename T, int MAXSIZE>
class Stack {
private:
    T elems[MAXSIZE]; //包含元素的数组
    int numElems;

public:
    Stack();
    void push(T const&);
    void pop();
    T top() const;
    bool empty() const {
        return numElems == 0; //返回栈是否为空
    }
    bool full() const {
        return numElems == MAXSIZE; //返回栈是否已满
    }
};

template <typename T, int MAXSIZE>
Stack<T, MAXSIZE>::Stack():numElems(0) {

}

template<typename T, int MAXSIZE>
void Stack<T, MAXSIZE>::push(T const& elem) {
    if (numElems == MAXSIZE) {
        throw std::out_of_range("Stack<>::push():stack is full");
    }

    elems[numElems] = elem;
    ++numElems;
}

template<typename T, int MAXSIZE>
void Stack<T, MAXSIZE>::pop() {
    if (numElems <= 0) {
        throw std::out_of_range("Stack<>::pop():empty stack");
    }

    --numElems;
}

template<typename T, int MAXSIZE>
T Stack<T, MAXSIZE>::top() const {
    if (numElems <= 0) {
        throw std::out_of_range("Stack<>::top():empty stack");
    }

    return elems[numElems - 1]; //返回最后一个元素
}

从上述示例中我们可以使用元素数目固定的数组来实现stack,这个方法(固定大小的数组)的优点是：无论是开发者来管理内存，还是由变猪容器来管理内存，都可以避免内存管理开销。

二、非类型的类模板参数的使用

int main() {
    Stack<int, 20> int_stack; //可以存储20个int元素的栈
    int_stack.push(10);
    std::cout << int_stack.top() << std::endl;
    
    Stack<std::string, 40> string_stack; //可以存储40个int元素的栈
    string_stack.push("hello");
    std::cout << string_stack.top() << std::endl;

    return 0;
}

三、非类型的函数模板参数的使用

我们也可以为函数模板定义非类型参数，例如下面的函数模板定义了一组用于增加特定值的函数

template<typename T, int VAL>
T addValue(T const& x) {
    return x + VAL;
}

四、非类型模板参数的限制

非类型模板参数是有限制的，通常而言，它们可以是常整数(包括枚举值)，或者指向外部链接对象的指针。但是浮点数和类对象是不允许作为非类型模板参数的

template <double VAT>
double process(double v) {
    return v * VAT;
}

template <std::string name>
class MyClass {

};

总结：

(1).模板可以具有值模板参数，而不仅仅是类型模板参数

(2).对于非类型模板camshaft，不能使用浮点数、class类型的对象和内部链接对象(如string)作为实参