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C++模板参数类型全解析：非类型参数与模板模板参数深度剖析
08/02
一、模板参数的类型体系
C++模板参数主要分为三大类型：
1. 类型参数（最常见形式）
2. 非类型参数（值参数）
3. 模板模板参数（高阶模板）
cpp
template</* 这里定义参数 */> class Widget;
1.1 类型参数（Type Parameters）
最基本的模板形式，使用typename或class关键字声明：
cpp
template<typename T>
void print(const T& val) { /*...*/ }
二、非类型参数详解
2.1 基本概念
非类型参数允许传递编译期常量值而非类型：cpp
template
class Buffer { /.../ };
template
class Logger { /.../ };
2.2 允许使用的类型（C++17标准）
- 整型及其衍生类型（
int,long,size_t等） - 指针类型（包括函数指针）
- 左值引用类型
- 枚举类型
nullptr_t（C++11起）- 包含
auto的类型（C++17起）
典型应用场景：
cpp
template<size_t N>
struct Fibonacci {
static constexpr size_t value =
Fibonacci<N-1>::value + Fibonacci<N-2>::value;
};
2.3 底层实现原理
非类型参数会被编译器完全内联，生成的特化版本相当于硬编码值的独立类：
cpp
// 编译后会产生两个完全独立的类
Buffer<128> buf1; // 相当于 class Buffer_128 { ... };
Buffer<256> buf2; // 相当于 class Buffer_256 { ... };
三、模板模板参数精解
3.1 基本语法
允许模板参数本身是模板：
cpp
template<template<typename> class Container>
class Adapter {
Container<int> storage; // 实际使用时指定元素类型
};
3.2 典型应用模式
策略模板化：
cpp template<template<typename> class Allocator> class CustomVector { Allocator<int> alloc; // 可自由替换分配策略 };容器无关算法：
cpp template<typename T, template<typename> class Sequence> void process(Sequence<T>& seq) { // 可处理任何符合接口的容器 }
3.3 C++17的改进
typename关键字可以替代class，提高一致性：
cpp
template<template<typename> typename Container>
class NewAdapter;
四、参数组合实战
4.1 混合参数模板
cpp
template<
typename T, // 类型参数
size_t Size, // 非类型参数
template<typename> class Allocator // 模板模板参数
>
class CustomArray {
Allocator<T> allocator;
T data[Size];
};
4.2 元编程示例
计算矩阵乘法的模板实现：
cpp
template<
size_t Rows,
size_t Cols,
template<size_t, size_t> class Matrix
>
auto multiply(Matrix<Rows, Cols>& a, Matrix<Cols, Rows>& b) {
// 编译期维度检查
}
五、最佳实践与陷阱
非类型参数限制：
- 浮点型（C++20前不可用）
- 类类型（C++20起部分支持）
- 运行时计算值（禁止使用）
模板模板参数匹配：cpp
// 定义时
template<template<typename, typename...> class Container>// 使用时
template>
class MyVector {...};性能考量：
- 非类型参数会导致代码膨胀
- 模板模板参数增加编译时间
六、现代C++演进
- C++11：支持非类型参数的
nullptr - C++17：
auto非类型参数、模板模板参数语法放宽 - C++20：浮点型非类型参数、类类型非类型参数
掌握这些高级模板技术，可以构建出既灵活又高性能的通用库，如STL中的std::array（非类型参数）和Boost.MPL（模板模板参数）等著名实现。
