如何推断依赖的非类型模板参数？简化数组模板类实例化

问题背景 #

现有一个以std::array为非类型模板参数的C++类模板，用于在编译阶段完成配置校验。当前实例化类时必须同时指定数组大小和数组实例（如MyClass<4, valid_config> a;），但数组大小可从数组参数中自动推导，希望简化为MyClass<config> m;的写法，且不能更换容器类型。

解决方案 #

方案1：C++20 原生自动推导（推荐） #

C++20支持非类型模板参数的占位符类型推导，可以直接让编译器自动推导std::array的大小模板参数，无需手动指定。修改后的代码如下：

#include <array>

// 用auto自动推导std::array的大小参数
template<const std::array<int, auto>& config>
class MyClass
{
public:
    MyClass();
private:
    static constexpr bool configIsValid();
};

template<const std::array<int, auto>& config>
MyClass<config>::MyClass()
{
    static_assert(configIsValid(), "Config size must be greater than 3");
}

template<const std::array<int, auto>& config>
constexpr bool MyClass<config>::configIsValid()
{
    return config.size() > 3;
}

int main()
{
    static constexpr std::array<int, 4> valid_config{1,2,3,4};
    MyClass<valid_config> a; // 仅需传入数组实例，大小自动推导
    
    static constexpr std::array<int, 3> invalid_config{5,6,7};
    // MyClass<invalid_config> b; // 编译失败，触发static_assert校验

    return 0;
}

这种写法利用了C++20的新特性，std::array<int, auto>中的auto会自动匹配数组的实际大小，实例化时只需要传入数组变量即可。

方案2：模板别名包装（兼容C++17及更早） #

如果需要兼容C++17或更早版本，可以通过模板别名来包装原类模板，自动推导数组大小：

#include <array>

// 保留原类模板结构不变
template<std::size_t config_size, const std::array<int, config_size>& config>
class MyClass
{
public:
    MyClass();
private:
    static constexpr bool configIsValid();
};

template<std::size_t config_size, const std::array<int, config_size>& config>
MyClass<config_size, config>::MyClass()
{
    static_assert(configIsValid());
}

template<std::size_t config_size, const std::array<int, config_size>& config>
constexpr bool MyClass<config_size, config>::configIsValid()
{
    return config.size() > 3;
}

// 定义模板别名，自动推导数组大小
template<const auto& config>
using MyClassSimple = MyClass<config.size(), config>;

int main()
{
    static constexpr std::array<int, 4> valid_config{1,2,3,4};
    MyClassSimple<valid_config> a; // 使用别名简化实例化
    
    static constexpr std::array<int, 3> invalid_config{5,6,7};
    // MyClassSimple<invalid_config> b; // 编译失败

    return 0;
}

模板别名MyClassSimple会通过config.size()自动获取数组大小，传递给原类模板的config_size参数，从而实现简化实例化的效果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mattday