如何在std::vector中存储不同模板参数的Element类实例？

针对存储不同模板参数的Element实例的需求，可根据你的实际场景选择以下3种优化方案，均无需手动枚举所有N的取值：

方案1：基于非模板基类的多态实现 #

适合N取值范围不固定、后续需求变动大的场景，通过抽象基类统一不同模板实例的对外接口，vector存储基类智能指针即可：

#include <vector>
#include <memory>

// 无模板参数的公共抽象基类
class ElementBase {
public:
    // 定义所有Element需要对外暴露的公共虚接口
    virtual size_t get_array_len() const = 0;
    virtual int* get_array() = 0;
    virtual const int* get_array() const = 0;
    virtual ~ElementBase() = default;
};

template <size_t N>
class Element : public ElementBase {
    int array[N];
public:
    size_t get_array_len() const override {
        return N;
    }
    int* get_array() override {
        return array;
    }
    const int* get_array() const override {
        return array;
    }
    // 其余Element专属逻辑实现
};

int main(){
    std::vector<std::unique_ptr<ElementBase>> vec;
    vec.emplace_back(std::make_unique<Element<1>>());
    vec.emplace_back(std::make_unique<Element<8>>());
    vec.emplace_back(std::make_unique<Element<20>>());
    // 后续直接调用基类虚接口操作元素即可
}

方案2：编译期自动生成variant类型列表 #

适合N的最大取值在编译期固定、想要避免动态内存开销的场景，通过模板元编程自动生成std::variant的可选类型列表，仅需修改一次最大N值即可：

#include <vector>
#include <variant>
#include <utility>

template <size_t N>
class Element{
  int array[N];
};

// 辅助模板：根据最大N值自动生成variant的类型列表
template <size_t MaxN, typename Seq = std::make_index_sequence<MaxN>>
struct ElementVariantGen;

template <size_t MaxN, size_t... Is>
struct ElementVariantGen<MaxN, std::index_sequence<Is...>> {
    // N从1开始取值所以用Is+1，若从0开始直接用Is即可
    using type = std::variant<Element<Is + 1>...>;
};

// 仅需修改此处的最大N值即可适配需求，无需手动枚举所有类型
constexpr size_t MAX_SUPPORT_N = 30;
using ElementVariant = typename ElementVariantGen<MAX_SUPPORT_N>::type;

int main(){
    std::vector<ElementVariant> vec;
    vec.emplace_back(Element<2>{});
    vec.emplace_back(Element<15>{});
    vec.emplace_back(Element<27>{});
    // 正常使用std::visit操作variant元素即可
}

方案3：自定义类型擦除包装类 #

如果既不想承担虚函数的运行时开销，也不想限制N的最大取值，可以自行实现擦除N参数的Element包装类，通过小对象优化避免动态内存分配，适合对性能要求极高的场景。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者LI.LE