构造函数、模板和非类型参数

Question

由于某些原因，我有一个类必须依赖于 int 模板参数。
出于同样的原因，该参数不能是类的参数列表的一部分，而是其构造函数的参数列表的一部分（当然是模板化的）。

问题出现了。
也许我遗漏了一些东西，但我看不到向构造函数提供这样一个参数的简单方法，因为它不能被推导或明确指定。

到目前为止，我找到了以下替代方案：

• 将上述参数放入类的参数列表中

• 创建一个可以调用的工厂方法或工厂函数，例如factory<42>(params)

• 为构造函数提供一个traits结构

我尝试为最后提到的解决方案创建一个（不是那么）最小的工作示例，也是为了更好地解释问题。
示例中的类本身并不是模板类，关键是构造函数，反正真正的就是模板类。

#include<iostream>
#include<array>

template<int N>
struct traits {
    static constexpr int size = N;
};

class C final {
    struct B {
        virtual ~B() = default;
        virtual void foo() = 0;
    };

    template<int N>
    struct D: public B{
        void foo() {
            using namespace std;
            cout << N << endl;
        }

        std::array<int, N> arr;
    };

 public:
     template<typename T>
     explicit C(T) {
         b = new D<T::size>{};
     }

     ~C() { delete b; }

     void foo() { b->foo(); }

 private:
     B *b;
};

int main() {
    C c{traits<3>{}};
    c.foo();
}

说实话，上面提到的解决方案都不适合：

• 将参数移动到类的参数列表中完全破坏了它的设计，不是一个可行的解决方案

• 我想避免使用工厂方法，但它可以解决问题

• traits struct 似乎是目前为止最好的解决方案，但不知何故我并不完全满意

这个问题很简单：有没有我遗漏的东西，可能是更简单、更优雅的解决方案，我完全忘记的语言细节，或者上面提到的三种方法是我必须选择的？ 任何建议将不胜感激。

Answer 1

使用模板特化和继承：

#include <iostream>
using namespace std;

template <int num> struct A {
    A() { cout << "generic" << endl; }
};

template <> struct A<1> {
    A() { cout << "implementation of 1" << endl; }
};

template <int num>
struct B : public A<num> {
    B() : A<num>() {}
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    B<1> b;
    B<3> b1;
    B<4> b2;
}

编辑： 或者您可以更轻松：

template <int num>
struct A {
    A();
};

template <int num>
A<num>::A() { cout << "general " << num << endl; }

template <>
A<1>::A() { cout << "specialization for 1" << endl; }

Answer 2

我认为对于大多数情况而言，具有“特征”的解决方案是最好的。

为了在这个问题中制造更多“混乱”，我将提供另外两个替代方案。也许在某些非常具体的情况下——它们可以在某些方面更好。

---

1. 模板全局变量 - 您可以将其命名为原型解决方案：

class C 仅在其构造函数与您的原始代码不同：

class C final {
    // All B and D defined as in OP code
 public:
    // Here the change - c-tor just accepts D<int> 
    template <int size>
    explicit C(D<size>* b) : b(b) {}

    // all the rest as in OP code
};

原型——模板全局变量：

template <int N>
C c{new C::D<N>()}; 
// this variable should be rather const - but foo() is not const 
// and copy semantic is not implemented...

及用法：

int main() {
    // you did not implement copy semantic properly - so just reference taken
    C& c = ::c<3>; 
    c.foo();
}

---

1. 基类解决方案 - 派生类取决于int

这个解决方案虽然看起来很有希望，但我个人会避免 - 这只会使设计复杂化 - 而且这里也存在一些对象切片的可能性。

class CBase {
    // all here as in OP code for C class
public:
    // only difference is this constructor:
    template<int size>
    explicit CBase(D<size>* b) : b(b) {}
};

那么——最后一堂课：

template <int N>
class C final : private CBase {
public:
    C() : CBase(new CBase::D<N>()) {}
    using CBase::foo;
};

用法：

int main() {
    C<3> c;
    c.foo();
}

问：人们可以问，基类解决方案比仅仅添加int作为另一个参数更好。
答：通过基本实现类，您不需要拥有许多相同代码的“副本” - 您可以避免模板代码膨胀...

Answer 3

你必须传入一些可以推断的东西。最简单的使用方法是一个空的 int 包装器：std::integral_constant。既然你只想要ints 我相信，我们可以给它取别名，然后只接受那个特定的类型：

template <int N>
using int_ = std::integral_constant<int, N>;

您的 C 构造函数只接受：

 template <int N>
 explicit C(int_<N> ) {
     b = new D<N>{};
 }

 C c{int_<3>{}};

您甚至可以全力以赴并为此创建一个用户定义的文字（a la Boost.Hana），以便您可以编写：

auto c = 3_c; // does the above

---

另外，考虑简单地将特征转发到D。如果到处都是类型，元编程会更好。也就是说，在C中仍然接受相同的int_：

template <class T>
explicit C(T ) {
    b = new D<T>{};
}

现在D 期望具有::value 的东西：

template <class T>
struct D: public B{
    static constexpr int N = T::value;

    void foo() {
        using namespace std;
        cout << N << endl;
    }

    std::array<int, N> arr;
};

从C 的用户的角度来看，这两种方式都是一样的，但值得考虑。