C++中存储非类型模板参数：static constexpr与enum数据成员的差异

咱们先把两种常见的实现方案代码贴出来，方便对照着分析：

#include <iostream>

// 方案1：static constexpr数据成员
template<int N>
struct StaticConstexprDemo {
    static constexpr int value = N;
};

// 方案2：enum声明
template<int N>
struct EnumDemo {
    enum { value = N };
};

int main() {
    std::cout << StaticConstexprDemo<42>::value << std::endl;
    std::cout << EnumDemo<42>::value << std::endl;
    return 0;
}

在main函数这种简单场景下，两者输出完全一致，但深究起来，它们的差异和适用场景还是挺多的，咱们来逐个解答你的问题：

1. 二者是否存在互不可替代的操作？ #

当然有，两者的特性差异导致了一些场景下只能用其中一种：

只能用static constexpr的场景 #

• 需要取地址/传递引用：枚举成员是枚举类型的编译期符号，没法获取它的地址（&EnumDemo<42>::value是非法的），而static constexpr成员是真正的静态变量，可以取地址，能作为需要指针或引用参数的函数的实参。比如你想把这个值的指针传给某个函数，只能用static constexpr方案。
• 存储浮点型非类型模板参数：C++标准规定枚举的底层类型必须是整数类型，所以如果你的非类型模板参数是double或者float，enum方案直接没法用，只能靠static constexpr来存储。
• 需要类外补充定义（旧标准下）：虽然C17之后static constexpr默认是inline的，但在C11/14中，如果需要ODR使用（比如取地址），可以在类外补充定义，而enum成员完全没有这个操作空间，它的值在类内就固定死了。

只能用enum的场景 #

• 彻底避免ODR问题：如果只是使用枚举成员的值，它不会触发One Definition Rule（ODR），不需要任何额外的定义；而static constexpr成员在C++17之前，如果被ODR使用（比如取地址），必须在类外写定义（比如template<int N> constexpr int StaticConstexprDemo<N>::value;），否则链接器可能报错。
• C++03及更早版本的编译期常量存储：在constexpr出现之前（C++11之前），static const虽然能存整数常量，但有很多限制，而enum是最可靠的编译期常量存储方式，这时候static constexpr根本不存在，只能用enum。
• 不占用任何内存空间：枚举成员是编译期的符号，不会在程序的内存空间中分配实体；而static constexpr成员即使是静态的，虽然不占用类实例的内存，但如果被ODR使用，会在静态存储区分配内存。如果你追求极致的零内存开销，enum是更好的选择。

2. 哪些C++版本允许或禁用这两种方案？ #

enum方案 #

• 从C++98开始就完全支持，只要非类型模板参数是整数类型（包括bool、char、short、int、long等），都可以用enum来存储它的值。C++11引入的强类型枚举（enum class）也可以做同样的事，但普通enum的兼容性更好。
• 注意：enum始终只能存储整数类型的编译期常量，浮点型非类型模板参数在任何C++版本中都不能用enum存储。

static constexpr方案 #

• 从C++11开始引入，因为constexpr关键字是C++11才有的。
  • C++11/14中：static constexpr成员可以在类内初始化，但如果被ODR使用（比如取地址），必须在类外补充定义；
  • C++17及以后：static constexpr默认是inline的，即使被ODR使用，也不需要类外定义，使用起来更方便。
• C++03及更早版本没有constexpr，所以没法用这个方案，只能用enum或者static const（但static const在类内初始化只支持整数类型，且同样有ODR问题）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者T.L