为什么我不能使用 std::string 作为非类型模板参数？

Question

我理解非类型模板参数应该是常量整数表达式。有人可以解释为什么会这样吗？

template <std::string temp>
void foo()
{
     // ...
}

错误 C2993：“std::string”：非类型模板参数“temp”的类型非法。

我明白什么是常数积分表达式。不允许像上面代码片段中的 std::string 这样的非常量类型的原因是什么？

Answer 1

不能这样做的原因是因为在编译时无法解析和替换非常量表达式。它们可能在运行时发生变化，这需要在运行时生成新模板，这是不可能的，因为模板是一个编译时概念。

以下是标准允许的非类型模板参数 (14.1 [temp.param] p4)：

非类型模板参数应具有以下类型之一（可选 cv 限定）：

• 整数或枚举类型，
• 指向对象的指针或指向函数的指针，
• 对对象的左值引用或对函数的左值引用，
• 指向成员的指针，
• std::nullptr_t。

Answer 2

这是不允许的。

但是，这是允许的：

template <std::string * temp> //pointer to object
void f();

template <std::string & temp> //reference to object
void g();

请参阅 C++ 标准 (2003) 中的 §14.1/6,7,8。

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插图：

template <std::string * temp> //pointer to object
void f()
{
   cout << *temp << endl;
}

template <std::string & temp> //reference to object
void g()
{
     cout << temp << endl;
     temp += "...appended some string";
}

std::string s; //must not be local as it must have external linkage!

int main() {
        s = "can assign values locally";
        f<&s>();
        g<s>();
        cout << s << endl;
        return 0;
}

输出：

can assign values locally
can assign values locally
can assign values locally...appended some string

Answer 3

您需要能够修改模板参数

template <std::string temp>
void f() {
 // ...
}

f<"foo">();
f<"foo">(); // same function?

现在，一个 impl 需要为 std::string 或任何其他任意用户定义的类提供唯一的字符序列，存储一个特定的值，其含义对于实现来说是未知的。此外，任意类对象的值无法在编译时计算。

计划考虑允许文字类类型作为 C++0x 之后的模板参数类型（见下文），它们由常量表达式初始化。可以通过根据数据成员的值递归地破坏这些数据成员来破坏它们（例如，对于基类，我们可以应用深度优先、从左到右的遍历）。但它绝对不适用于任意类。

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从C++20开始，我们现在可以使用结构类类型作为模板参数。简而言之，结构类必须有 constexpr 构造函数、析构函数，并且只有结构类型成员和基类（如标量、数组或引用）。它们还必须仅具有公共且非可变的基类和成员。这些规定，如果使用转换为参数类型的常量表达式实例化模板，则允许编译器有意义地修改参数。

Answer 4

模板参数列表中提供的非类型模板参数是一个表达式，其值可以在编译时确定。这些论据必须是：

常量表达式，地址
具有外部功能或对象
链接，或静态类的地址
成员。

此外，字符串文字是具有内部链接的对象，因此您不能将它们用作模板参数。您也不能使用全局指针。考虑到明显可能出现舍入错误，所以不允许使用浮点文字。