现代 C++ 模板教程

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变量模板 ​

本节将介绍 C++14 变量模板

初识变量模板 ​

变量模板不是变量，只有实例化的变量模板，编译器才会生成实际的变量。

变量模板实例化后简单的说就是一个全局变量，所以也不用担心生存期的问题。

定义变量模板 ​

cpp
template<typename T>
T v;

就这么简单，毫无难度。

当然了，既然是变量，自然可以有各种的修饰，比如 cv 限定，比如 constexpr ,当然也可以有初始化器，比如 {} 、= xxx。

cpp
template<typename T>
constexpr T v{};

使用变量模板 ​

cpp
template<typename T>
constexpr T v{};

v<int>;     // 相当于 constexpr int v = 0;

我们知道 constexpr 附带了 const 类型，所以其实：

cpp
std::cout << std::is_same_v<decltype(v<int>),const int> << '\n';

std::is_same_v 其实也是个变量模板，在 C++17 引入。这里用来比较两个类型是否相同，如果相同返回 1，不相同返回 0。暂时不用纠结它是如何实现的，后续会手搓。

会打印 1，也就是 v<int> 的类型其实就是 const int。

我们再提出一个问题，v<int> 和 v<double> 有什么关系吗？

最早在函数模板中，我们强调了“同一个函数模板生成的不同类型的函数，彼此之间没有任何关系”，这句话放在类模板、变量模板中，也同样适用。

cpp
std::cout << &v<int> << '\n';
std::cout << &v<double> << '\n';

以上示例打印的地址不会相同。

有默认实参的模板形参 ​

变量模板和函数模板、类模板一样，支持模板形参有默认实参。

cpp
template<typename T = int>
constexpr T v{};

int b = v<>;        // v 就是 v<int> 也就是 const int v = 0

与函数模板和类模板不同，即使模板形参有默认实参，依然要求写明 <>。

非类型模板形参 ​

变量模板和函数模板、类模板一样，支持非类型模板形参。

cpp
template<std::size_t N>
constexpr int v = N;

std::cout << v<10> << '\n'; // 等价 constexpr int v = 10;

当然，它也可以有默认值：

cpp
template<std::size_t N = 66>
constexpr int v = N;

std::cout << v<10> << '\n';
std::cout << v<> << '\n';

可变参数变量模板 ​

变量模板和函数模板、类模板一样，支持形参包与包展开。

cpp
template<std::size_t...values>
constexpr std::size_t array[]{ values... };

int main() {
    for (const auto& i : array<1, 2, 3, 4, 5>) {
        std::cout << i << ' ';
    }
}

array 是一个数组，我们传入的模板实参用来推导出这个数组的大小以及初始化。

{values...} 展开就是{1, 2, 3, 4, 5}。

cpp
std::cout << std::is_same_v<decltype(::array<1, 2, 3, 4, 5>), const std::size_t[5]>; // 1

在 msvc 与 gcc14 会输出 1，但是 gcc14 之前的版本、clang，却会输出 0。msvc 与 gcc14 是正确的。 gcc 与 clang 不认为 array<1, 2, 3, 4, 5> 与 const std::size_t[5] 类型相同；它们认为 array<1, 2, 3, 4, 5> 与 const std::size_t[] 类型相同，这显然是个 bug。

可以参见 llvm issues.

类静态数据成员模板 ​

在类中也可以使用变量模板。

类静态数据成员 ​

讲模板之前先普及一下静态数据成员的基本知识，因为网上很多资料都是乱讲，所以有必要重复强调一下。

cpp
struct X{
    static int n;
};

n 是一个 X 类的静态数据成员，它在 X 中声明，但是却没有定义，我们需要类外定义。

cpp
int X::n;

或者在 C++17 以 inline 或者 constexpr 修饰。

因为 C++17 规定了 inline 修饰静态数据成员，那么这就是在类内定义，不再需要类外定义。constexpr 在 C++17 修饰静态数据成员的时候，蕴含了 inline。

cpp
struct X {
    inline static int n;
};

struct X {
    constexpr static int n = 1;      // constexpr 必须初始化，并且它还有 const 属性
};

模板 ​

与其他静态成员一样，静态数据成员模板的需要一个定义。

cpp
struct limits{
    template<typename T>
    static const T min; // 静态数据成员模板的声明
};
 
template<typename T>
const T limits::min = {}; // 静态数据成员模板的定义

当然，如果支持 C++17 你也可以选择直接以 inline 修饰。

变量模板分文件 ​

变量模板和函数模板、类模板一样，通常写法不支持分文件，原因都一样。

总结 ​

变量模板其实很常见，在 C++17，所有元编程库的类型特征均添加了 _v 的版本，就是使用的变量模板，比如 std::is_same_v 、std::is_pointer_v 等；我们在后面会详细讲解。

如果学到这里了，如果你注意到，函数模板、类模板、变量模板，很多语法是共通的，是越学越简单，代表你思考了。

后续还有很多内容是一起的，比如模板偏特化、全特化、显式实例化等。