CRTP基类如何访问派生类暴露的非类型模板参数？

问题场景 #

尝试用CRTP（奇异递归模板模式）让基类Base访问派生类Derived的非类型模板参数N时，VS2022编译报错。报错代码如下：

template <typename TDerived>
struct Base
{
    int array[TDerived::NValue];
};

template <int N>
struct Derived : Base<Derived<N>>
{
    constexpr static int NValue = N;
};

int main()
{
    Derived<8> derived;
}

错误信息：'NValue': is not a member of 'Derived<8>'

疑问：是否必须用单独的特质结构体？另外，下面的代码能编译，但额外传递的N显得冗余：

template <typename TDerived, int N>
struct Base
{
    int array[N];
};

template <int N>
struct Derived : Base<Derived<N>, N>
{
};

int main()
{
    Derived<8> derived;
}

解决方法 #

不需要额外的特质结构体，也能避免冗余参数，以下是几种简便方案：

方案1：C++11+用decltype延迟解析 #

利用decltype的延迟检查特性，让数组大小的推导等到派生类完全定义后再进行：

template <typename TDerived>
struct Base
{
    int array[decltype(TDerived::NValue)];
};

template <int N>
struct Derived : Base<Derived<N>>
{
    constexpr static int NValue = N;
};

int main()
{
    Derived<8> derived;
}

原理是decltype会触发SFINAE延迟检查，直到Derived的完整定义对编译器可见时，才去解析TDerived::NValue，避开了基类实例化时派生类未完全定义的问题。

方案2：模板特化（兼容C++03） #

如果需要兼容更早的C++标准，可以通过基类的模板特化直接提取派生类的模板参数：

// 提前声明Derived模板
template <int N> struct Derived;

// 通用基类模板
template <typename TDerived>
struct Base;

// 针对Derived<N>的基类特化
template <int N>
struct Base<Derived<N>>
{
    int array[N];
};

template <int N>
struct Derived : Base<Derived<N>>
{
    constexpr static int NValue = N;
};

int main()
{
    Derived<8> derived;
}

这种方式直接从Derived<N>的模板参数中获取N，不需要依赖派生类的静态成员，也没有冗余参数。

方案3：C++20+用延迟初始化的静态成员 #

C++20允许静态数据成员的初始化延迟到类模板实例化的合适时机，因此可以直接在基类中定义依赖派生类成员的静态变量：

template <typename TDerived>
struct Base
{
    static constexpr auto array_size = TDerived::NValue;
    int array[array_size];
};

template <int N>
struct Derived : Base<Derived<N>>
{
    constexpr static int NValue = N;
};

int main()
{
    Derived<8> derived;
}

此时array_size的初始化会等到Derived完全定义后执行，能正确获取NValue的值。

总结 #

不需要使用单独的特质结构体，通过上述方法就能在基类中安全访问派生类的非类型模板参数，同时避免冗余的参数传递。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者pic32cpp