C++ 模板參數詳解：類型參數、非類型參數、模板參數與調用參數區別

模板參數分類總覽

C++ 模板參數分為三大類，理解它們的區別是掌握模板元編程與泛型庫設計的基礎。

模板參數 vs 調用參數：關鍵區別

// 模板參數列表 (編譯期確定)
template <typename T1, typename T2, typename RT>

// 函數調用參數列表 (運行期傳遞)
inline RT const& max(T1 const& a, T2 const& b)

// 返回類型 RT 是模板參數，但非調用參數！
// 調用時無法從實參推導 RT，必須顯式指定

參數推導與顯式實例化

1. 隱式推導 (最常用)

template
T max(T a, T b) { return a < b ? b : a; }

int i = max(3, 5);        // T 推導為 int
double d = max(3.14, 2.7); // T 推導為 double
// max(3, 3.14);         // 錯誤：T 無法同時推導為 int 和 double

2. 顯式指定模板參數

// 強制實例化為 double 版本，實參隱式轉換
double d = max(3, 3.14); // 3 -> 3.0

// 部分顯式指定 (從左到右，C++17 允許模板參數默認值配合)
template
RT max(T1 a, T2 b);

max(3, 4); // RT=double, T1=int, T2=int (推導)

3. 非類型參數實戰：固定大小棧數組

template // N 為非類型參數 (編譯期常量)
class StackArray {
    T data_[N];
    size_t top_ = 0;
public:
    void push(const T& v) { 
        // 可選：靜態斷言防止溢出
        static_assert(N > 0, "Size must be > 0");
        data_[top_++] = v; 
    }
    T pop() { return data_[--top_]; }
};

StackArray s1; // 100 元素棧
StackArray s2; // 50 元素棧
// StackArray s3; // 錯誤：n 非常量表達式

非類型參數限制 (C++20 前)

• 允許：整型 (含枚舉)、指針/引用 (指向靜態存儲期對象)、std::nullptr_t。
• 禁止：浮點數、類類型對象、字符串字面量 (指針可傳地址但類型為 const char*)。
• C++20 重大突破：允許結構體類型作為非類型參數 (需滿足字面類型、強結構相等)。

模板參數默認值

template
class Buffer { /* ... */ };

Buffer<> b1;       // Buffer
Buffer b2; // Buffer
Buffer b3; // Buffer

實戰建議

1. 優先用類型參數 實現泛型。
2. 非類型參數 用於編譯期常數配置 (如緩衝區大小、對齊值、策略標誌)。
3. 返回類型無法推導時 (如工廠函數、轉換函數)，設計為模板參數並顯式指定。
4. 避免過度參數化：參數過多導致代碼膨脹、編譯緩慢、報錯難讀。考慮 struct Config 聚合參數。
5. C++20 Concepts 約束模板參數，替代 enable_if，提升錯誤信息可讀性。