C++模板编程（2）---非类型模板参数NonType Template Prameters

对函数模板和类模板而言，模板参数并不一定非要是类型不可，它们也可以是常规数值。当你以类型（types）作为template parameters时，程序代码中尚未决定的是类型；当你以一般数值（non-types）为模板参数时，程序中代码中待定的内容便是某些数值。使用这种模板，也就是本文所说的非类型模板时，必须明确指定数值，程序代码才得以实例化。本文将用非类型模板作一个类模板，也将展示如何在函数模板中使用非类型模板参数。

1. 非类型类模板参数

前面文章中提到了一个可变大小的堆栈类，其实还可以实现一个固定大小的数组来容纳元素。这样的好处是不必考虑诸如内存管理之类的问题。然而array大小的决定是一个比较困难的事情：array越小，堆栈容易溢满；array越大则容易造成空间浪费。一个可行的办法是让使用者指定array大小。这个大小也就是Stack的最大元素个数。

为了完成以上想法，我们应该把大小值当作一个template parameter：

1) 可以把这个非类型模板类TemplateStack的声明与定义放在一个头文件中:

//nonetypetemplate.h

#ifndef NONETYPETEMPLATE_H

#define NONETYPETEMPLATE_H

#include 

template 

class TemplateStack {

private:

    T elements[MAXSIZE];

    int numElements;

public:

    TemplateStack();

    void push(T const&);

    void pop();

    T top() const;

    bool empty() const {

        return numElements == 0 ;

    }

};

//constructor

template  

TemplateStack::TemplateStack()

    :numElements(0)

{

}

template 

void TemplateStack::push(T const& elem)

{

    if(numElements == MAXSIZE){

        throw std::out_of_range("TemplateStack<>::push:stack is full!");

    }

    elements[numElements] = elem;

    ++numElements;

}

template 

void TemplateStack::pop()

{

    if(numElements <= 0){

        throw std::out_of_range("TemplateStack<>::pop:stack is empty!");

    }

    --numElements;

}

template 

T TemplateStack::top() const

{

    if(numElements <= 0){

        throw std::out_of_range("TemplateStack<>::top:stack is empty!");

    }

    return elements[numElements - 1];

}

#endif // NONETYPETEMPLATE_H

2)使用这个模板类的文件放在主程序main.cpp中

//main.cpp

#include 

#include "nonetypetemplate.h"

#include 

#include 

#include 

int main(int argc, char *argv[])

{

    QCoreApplication a(argc, argv);

    try {

        TemplateStack int20Stack;

        TemplateStack  int40Stack;

        TemplateStack string40Stack;

        int20Stack.push(7);

        std::cout << int20Stack.top() << std::endl;

        int20Stack.pop();

        string40Stack.push("hello,world");

        std::cout << string40Stack.top() << std::endl;

         string40Stack.pop();

         string40Stack.pop();

    } catch (std::exception const& ex) {

        std::cerr << "Exception: " << ex.what() << std::endl;

        return EXIT_FAILURE;

    }

    return a.exec();

}

3)运行结果

2. 非类型函数模板参数

也可以为函数模板定义非类型参数，例如下面的function template定义了一组函数，可以将参数x累加一个值VAL后传回：

template

T addValue(T const& x)

{

        return x + VAL;

}

当我们需要把函数或某种通用操作作为参数传递时，这一类函数就很有用。例如使用STL时，可以运用上述function template的实例，将某值加到元素集内的每个元素上：

std::transform(source.begin(), source.end(),   //来源端起止位置

                     dest.begin(),               //目标位置

                        addValue);   //实际操作

最后一个自变量将函数模板addValue()实例化了，使其操作变成了加5.算法transform（）会对 source中所有的元素调用这个具体现（函数），然后把结果传入dest中。

注意上面例子的一个问题：addValue是个函数模板(function Template)实体(instance),而所谓函数模板实体就是命名了一组重载函数集，即使该函数集内可能只有一个函数。根据目前标准，编译器无法借助重载函数集来进行模板参数的推导，不用我们把函数模板参数function template argument强制转型为精确类型（本例中第一个参数为整形，第二参数为常整形）：

 std::transform(source.begin(), source.end(),

                                dest.begin(),

                                (int(*), (int const*)) addValue);   

)

3. 非类型模板参数的局限

非类型模板参数有某些局限：通常来说它们只能是常数整数（const intergral value）, 包括enum, 或是指向外部链接（external linkage）对象的指针。

以浮动数或是class-type objects作为nontype template parameters是不可以的：

template    //错误：浮动值不能作为template paramters

double process (double v)

{

        return v *VAT;

}

template     //错误，class objects不能作为模板参数

class MyClass{

        ...

}

不允许浮动常数或简单的常量浮点表达式作为模板参数，其实只是历史因素，并非技术原因，或许将来会支持；

字串常数是一种采用内部链接（internal linkage）的对象，也就是不同模块内的两个同值的字符串常数，其实是不同的对象，因此不能用来作模板参数template arguments:

template

class MyClass{

...

};

MyClass<"hello"> x; //error:不能使用字符串常量

此外，全局指针也不能用作模板参数template argument:

template

Class MyClass{

...

}

char const *s = "hello";

MyClass x ;

但是可以这么写：

template

Class MyClass {

...

};

extern char consts[] = "hello";

MyClass x; //OK

全局的字符数组s(char Array)被初始化为“hello”，因此，s是一个外部链接对象(external linkage)

4. 小结

Template parameters 不仅仅只能时类型types，也可以是数值（values）。

注意得是：不能把浮动数、class-type对象、内部链接in非类型模板参数nontype template parameters的自变量。