模板参数与构造函数参数的区别及适用场景

两种实现方式 #

方式一：构造函数传递参数 #

template <typename T>
struct Foo {
    int m_size;

    Foo(int u_size)
        :
        m_size {u_size}
    {
    }
};

方式二：非类型模板参数（类似std::array实现） #

template <typename T, int u_size>
struct Foo {
    int m_size;

    Foo()
        :
        m_size {u_size}
    {
    }
};

核心区别 #

• 大小确定时机：
  • 方式一的m_size是运行时确定的，构造对象时传入的参数决定大小，同一模板实例（比如Foo<int>）的不同对象可以有不同的m_size值。
  • 方式二的u_size是编译时确定的，模板实例化时必须指定常量值，每个不同的u_size会生成独立的模板类型（比如Foo<int, 5>和Foo<int, 10>是完全不同的类型）。
• 内存与性能：
  • 方式一中m_size是结构体成员变量，每个对象都会额外存储这个整数，占用运行时内存。
  • 方式二中u_size是编译期常量，不需要在对象中存储，结构体内存占用更小；编译器还能基于这个常量做更多优化（比如循环展开、静态数组大小确定等）。
• 类型一致性：
  • 方式一的同一模板实例下所有对象属于同一类型，比如Foo<int> a(5)和Foo<int> b(10)类型完全相同，可以互相赋值、放在同一个容器里。
  • 方式二中不同u_size对应不同类型，Foo<int,5>和Foo<int,10>无法互相赋值，也不能直接放在同一个容器中（除非用变体或基类指针）。
• 灵活性：
  • 方式一支持动态大小，运行时可以根据变量、用户输入等调整大小，灵活性更高。
  • 方式二只能使用编译期常量（字面量、constexpr变量），无法在运行时修改大小。

适用场景 #

方式一适用场景 #

• 需要动态调整大小的场景：比如结构体大小要根据运行时数据（用户输入、文件内容）决定。
• 希望同一模板类型的对象可以统一处理的场景：比如要把不同大小的对象放进同一个std::vector，或者需要统一接口进行赋值、传递。
• 对运行时性能要求不高，更看重灵活性的场景：比如小型工具类，大小变化频繁且不需要编译期优化。

方式二适用场景 #

• 需要编译期确定大小，依赖常量做优化的场景：比如实现固定大小容器（类似std::array），编译器可以对数组操作做极致优化，减少运行时开销。
• 要求类型安全，不同大小视为不同类型的场景：通过类型系统避免不同大小的对象被错误赋值。
• 内存敏感的场景：不需要额外存储大小变量，节省每个对象的内存，适合大量创建对象的场景。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者dnl