C++模板模板语法：简洁性与实用性探讨，为何不支持auto？

问题背景 #

第一段代码用模板模板参数实现时，虽能从容器的value_type拿到元素类型E来定义garbage_value处理越界，但代码过于啰嗦（一行要写多个class关键字），实例化写法也零散。换成普通模板后，用auto简化了返回值定义，却找不到直接获取E类型的方法，且尝试用shelf<auto>实例化直接报错，想解决这个问题。

可行方案 #

1. 直接使用容器的嵌套value_type #

只要传入的是符合标准的容器（比如std::vector、std::array这类自带value_type嵌套类型的容器），直接提取该类型即可，代码比模板模板参数简洁很多：

template <typename Container>
auto& shelf_get(Container& c, size_t idx) {
    // 提取容器的元素类型E
    using E = typename Container::value_type;
    static E garbage_value{}; // 用E定义越界返回的垃圾值

    if (idx >= c.size()) {
        return garbage_value;
    }
    return c[idx];
}

2. 用decltype推导元素类型 #

如果不确定容器是否自带value_type，或者想兼容一些非标准但支持下标/迭代器的容器，可通过decltype推导元素类型：

template <typename Container>
auto& shelf_get(Container& c, size_t idx) {
    // 从容器迭代器推导元素类型，空容器场景下更稳妥
    using E_raw = std::decay_t<decltype(*c.begin())>;
    static E_raw garbage_value{};

    if (idx >= c.size()) {
        return garbage_value;
    }
    return c[idx];
}

这里std::decay_t用于去掉引用和const限定符，得到元素的原始类型。

3. C++20+：用Concept约束避免非法参数 #

担心传入非容器类型导致编译报错？C++20的Concept可以限定模板参数必须是带value_type的容器：

template <typename Container>
concept ContainerType = requires { typename Container::value_type; };

template <ContainerType Container>
auto& shelf_get(Container& c, size_t idx) {
    using E = typename Container::value_type;
    static E garbage_value{};

    if (idx >= c.size()) {
        return garbage_value;
    }
    return c[idx];
}

关于shelf<auto>报错的问题 #

shelf<auto>写法本身不合法，auto不能直接作为类模板的参数使用。如果是类模板，直接传入容器类型即可：

std::vector<int> my_vec{1,2,3};
shelf<std::vector<int>> my_shelf(my_vec);

C++17及以上还能借助类模板实参推导省略模板参数：

std::vector<int> my_vec{1,2,3};
shelf my_shelf(my_vec); // 编译器自动推导出模板参数为std::vector<int>

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ammar Tamimi