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c++中的非类型模板参数是什么_c++编译期整数与类型【泛型】

裘德小鎮的故事

发布： 2025-12-16 17:21:07

原创

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非类型模板参数是编译期可确定的常量值，如整数、指针、引用、枚举等，用于触发编译期计算、数组大小推导和特化选择；C++20起支持浮点数字面量和字面量类类型。

c++中的非类型模板参数是什么_c++编译期整数与类型【泛型】

非类型模板参数是 C++ 模板机制中一类特殊的模板参数，它不接收类型（如 typename T），而是直接接收**编译期可确定的常量值**，比如整数、指针、引用、枚举值等。它的核心价值在于：让模板在编译期就能“看到”具体数值，从而触发编译期计算、数组大小推导、特化选择、甚至实现零开销抽象。

哪些值能当非类型模板参数？

必须是编译期常量，且满足“常量表达式”（constexpr）要求。常见合法类型包括：

整型（int、size_t、long long 等）——最常用
枚举类型（有作用域或无作用域）
指向对象或函数的指针（含 nullptr）
左值引用（到对象或函数）
std::nullptr_t（C++11 起）
浮点数（C++20 起支持，但需字面量形式，如 3.14）

⚠️ 注意：不能是浮点变量、字符串字面量（如 "abc"）、类类型对象（即使 constexpr 构造也不行，C++20 前）。C++20 开始放宽限制，允许某些字面量类类型作为非类型模板参数（需满足严格条件）。

整数非类型参数：编译期尺寸与策略控制

这是最典型用法，例如固定大小数组、缓冲区长度、算法展开深度：

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template<size_t N>
struct FixedString {
    char data[N + 1]; // 编译期知道 N，可静态分配
    constexpr FixedString(const char (&s)[N+1]) {
        for (size_t i = 0; i < N; ++i) data[i] = s[i];
        data[N] = '\0';
    }
};

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调用时写 FixedString s{"hello"};，N 不是运行时变量，而是模板实参，参与类型系统 —— FixedString 和 FixedString 是两个完全不同的类型。

再比如控制循环展开：

template<int N>
constexpr int factorial() {
    if constexpr (N <= 1) return 1;
    else return N * factorial<N-1>();
}
static_assert(factorial<4>() == 24); // 编译期算出结果

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指针/引用非类型参数：绑定编译期地址

可用于将全局对象、函数地址、字符串字面量地址等“固化”进模板实例：

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template<const char* S>
struct StringLiteral {
    static constexpr const char* value = S;
};
<p>// OK：字符串字面量地址是编译期常量
using Hello = StringLiteral<"hello">;

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注意：S 必须指向具有静态存储期的对象（如字面量、全局变量）。局部变量地址不可用。

函数指针也行：

void foo() {}
template<void (*F)()>
struct Caller { static void call() { F(); } };
Caller<foo>::call(); // 编译期绑定，无虚调用开销

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和类型参数一起用：泛型 + 定制化

非类型参数常与类型参数组合，实现更精细的泛型设计：

template<typename T, size_t N>
class Stack {
    T data[N];
    size_t top = 0;
public:
    constexpr bool push(const T& x) { 
        if (top < N) { data[top++] = x; return true; } 
        return false; 
    }
};

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这里 T 决定元素类型，N 决定容量 —— 两者共同定义一个具体栈类型，如 Stack<int></int> 和 Stack<double></double> 互不相关，各自独立编译，无运行时分支或动态分配。

这种组合让模板既能泛化类型，又能定制行为/尺寸，是现代 C++ 零成本抽象的关键支撑。

基本上就这些。非类型模板参数不是语法糖，它是把“值”提升为类型系统一等公民的手段，让编译器能在生成代码前就做决策 —— 这正是 C++ 模板元编程和编译期计算的底层基石。

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