C++ 变量模板

一、引入

变量模板是在 C++14 中引入，允许在命名空间范围内定义模板变量(可以表示一组全局变量)，或者在类范围内定义模板变量（表示静态数据成员）。

例如：

template <class T>
    constexpr T PI = T(3,1415926535897932385L);

其语法类似于声明变量（或数据成员），但与声明模板的语法相结合。

对于任何模板，该声明不能出现在函数内或者块区域内。

使用变量模板，必须指定它的类型：

std::cout << PI<double> << '\n';
std::cout << PI<float> << '\n';

二、应用

2.1 简单使用

可以声明在不同编译单元中使用的变量模板：

// =====header.hpp
template<typename T> T val{};   // zero initialized value

// =====translate unit 1:
#include "header.hpp"

int main()
{
    val<long> = 42;
    print();
}

// =====translate unit 2:
#include "header.hpp"

void print()
{
    std::cout << val<long> << '\n'; // OK: print 42
}

2.2 变量模板的显式特化

函数模板 show_parts 会将输入字符串分割为用分隔符分隔的部分后处理。分隔符是在(全局) 命名空间范围内定义的变量模板，并且为 wchar_t 类型显式特化。

template <typename T>
constexpr T SEPARATOR = '\n';

template <>
constexpr wchar_t SEPARATOR<wchar_t> = L'\n';

template <typename T>
std::basic_ostream<T>& show_parts(
	std::basic_ostream<T>& s,
	std::basic_string_view<T> const& str)
{
    using size_type = 
        typename std::basic_string_view<T>::size_type;
	size_type start = 0;
    size_type end;
    
    do
    {
        end = str.find(SEPARATOR<T>, start);
        s << '[' << str.substr(start, end - start) << ']'
          << SEPARATOR<T>;
        start = end + 1;
    } while (end != std::string::npos);
    
    return s;
}

show_parts<char>(std::cout, "one\ntwo\nthree");
show_parts<wchar_t>(std::wcout, L"one line");

2.3 变量模板作为成员变量

变量模板可以是类的成员，可表示静态数据成员，需要使用 static 关键字进行声明：

struct math_constants
{
	template <class T>
     static constexpr T PI = T(3.1415926535897932385L);
};

template <typename T>
T sphere_volume(T const r) 
{
    return 4 * math_constants::PI<T> *r * r * r / 3;
}

可以在类中声明一个变量模板，然后在类外提供它的定义。注意，变量模板必须声明为静态 const，而不是静态constexpr，因为后者需要在类内初始化：

struct math_constants
{
	template <class T>
     static constexpr T PI;
};

template <class T>
const T math_constants::PI = T(3.1415926535897932385L)； 

2.4 简化类型特征

以 is_integral 为例：

template <typename T>
struct is_integral
{
	constexpr static bool value = false;
}

std::cout << is_integral<float>::value << '\n';

可以通过如下定义的变量模板来简化：

template <typename T>
inline constexpr boool is_integral_v = 
	is_integral<T>::value;

std::cout << is_floating_point_v<float> << '\n';