C++基础——非类型模板参数

非类型模板参看，顾名思义，模板参数不限定于类型，普通值也可作为模板参数。在基于类型的模板中，模板实例化时所依赖的是某一类型的模板参数，你定义了一些模板参数（template<typename T>）未加确定的代码，直到模板被实例化这些参数细节才真正被确定。而非类型模板参数，面对的未加确定的参数细节是指（value），而非类型。当要使用基于值的模板时，你必须显式地指定这些值，模板方可被实例化。

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非类型类模板参数

这里我们使用一个新版本的Stack类模板，这类模板的底层容器是一个一维数组，数组的元素类型由模板类型参数typename T指定，而一位数组在初始化时必须指定其大小，这个大小便可通过一个非类型的模板参数int MAXSIZE指定，当然也可通过构造函数传递。

template<typename T, int MAXSIZE>class Stack{public:    Stack():idx(0){}    bool empty() const { return idx == 0;}    bool full() const { return idx == MAXSIZE;}    void push(const T&);    void pop();    T& top();    const T& top() const;private:    int idx;     T elems[MAXSIZE];}template<typename T, int MAXSIZE>void Stack<T, MAXSIZE>::push(const T& elem){    if (full())        throw std::out_of_range("Stack<>::push(): full stack");    elems[idx++] = elem;}template<typename T, int MAXSIZE>void Stack<T, MAXSIZE>::pop(){    if (!empty())        idx--;    else        throw std::out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack")}template<typename T, int MAXSIZE>T& Stack<T, MAXSIZE>::top(){    if (empty())        throw std::out_of_range("Stack<>::top(): empty stack");    return elems[idx-1];}template<typename T, int MAXSIZE>const T& Stack<T, MAXSIZE>::top() const{    if (empty())        throw std::out_of_range("Stack<>::top(): empty stack");    return elems[idx-1];}

客户端程序：

try{    Stack<int, 10> int10Stack;    Stack<int, 20> int20Stack;    int20Stack.push(7);    ...}catch(std::exception& ex){    cout << ex.what() << endl;    return EXIT_FAILURE;}

每个模板实例都有自己的类型，int10Stack和int20Stack属于不同的类型，这两种类型之间也不存在显示或隐式的类型转换。

同样地，也可以为非类型模板参数指定缺省值：

template<typename T, int MAXSIZE = 20>class Stack{    ...}

这样在调用时：

Stack<int> intStack;        // == Stack<int, 20>

非类型函数模板参数

同样地也可以为函数模板定义为非类型参数，如下的函数模板定义一组用于增加特定值的函数：

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

当然这样做纯粹为了演示，意义不大，我们可以将非类型参数的类型（这话有点绕）定义为类型参数：

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

千万不要小瞧这样的简单机制（整个计算机理论的恢弘大厦的本质也还是0/1呢），如果把函数（仿函数）或者某一操作当做参数传递给某一函数，这些实现了一些简单的功能的函数将产生巨大的作用。例如，借助标准模板库（STL），可以将这个函数模板的一个实例传递给集合中的每一个元素，将集合中的每一个值都增加一个预设的值。

#include <algorithm>std::vector<int> ivec;std::transform(src.begin(), src.end(),      // 原容器（待转换）的起点和终点                     dst.begin(),            // 目标容器的起点                    addValue<std::vector<int>::value_type, 10>);    // 操作或者函数（也可以是仿函数）

这里要想成为STL <algorithm>算法中某一函数的参数（尤其是在内部作为函数使用的），需要满足一定的要求，比如本例中的std::transform()，传递进来的在内部作为函数使用的第四个参数，只能接受一个参数，且需返回一个值（返回值的类型就是目标容器的元素类型），这是基本要求。

另外还有一个问题需要注意，addValue<int, 5>是一个函数模板的实例化版本，而函数模板的实例化通常被视为用来命名一组重载函数的集合（即使该集合中只有一个元素）。在一些较老的C++标准里，重载函数的集合不能用于模板参数（如本例的transform()）的演绎。于是，必须显式地将函数模板的实参强制转换为具体的类型：

std::transform(ivec.begin(), ivec.end(), dst.begin(),                (int(*)(const int& ))addValue<int, 5>);

一个完整的演示程序即是：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};vector<int> src(arr, arr+5), dst(5);typedef vector<int>::value_type value_type;transform(src.begin(), src.end(), dst.begin(),             (value_type (*)(const value_type&)addValue<value_type, 5>);copy(dst.begin(), dst.end(), ostream_iterator<value_type>(cout, " "));        // ostream_iterator 在<iterator>的std命名空间中

非类型模板参数的限制

非类型模板参数是有类型限制的。一般而言，它可以是常整数（包括enum枚举类型）或者指向外部链接对象的指针。

浮点数和类对象（class-type）不允许作为非类型模板参数：

template<double VAL>            // ERROR： 浮点数不可作为非类型模板参数double process(double v){    return v * VAL;}template<std::string name>      // ERROR：类对象不能作为非类型模板参数class MyClass{}

稍作变通，我们即可使编译通过：

template<double* PVAL>double process(const double& x){    return x * (*PVAL);}template<const char* name>class MyClass{    ...}

这样可顺利通过编译，但如果想在当前文件中使用这两个模板，还需要动一些手脚：

double val = 10;double res = process<&val>(20);     // ERROR: 表达式必须含有常量值MyClass<"hello"> x;                 // ERROR: 模板参数不能引用非外部实体const char* s  = "hello";MyClass<s> x;                       // ERROR: 表达式必须含有常量值

这里就点出另外一点注意事项，也就是非类型模板参数的限制，非类型模板参数可以是指针，但该指针必须指向外部链接对象，还记得在A.cpp中如何引用B.cpp中的全局变量吗，在A.hpp中使用extern关键字对外部变量加以引用。

// B.cppdouble val = 3.14159265;char str[] = "hello";

// A.hppextern double val;extern char str[];

// A.cpp#include "A.hpp"double res = process<&val>(10);MyClass<str> x;