面试题：C++函数模板非类型参数编译时计算基础

Question

请简述C++函数模板中，非类型参数在编译时计算的基本原理，并给出一个简单示例，说明如何在函数模板中利用非类型参数进行编译时计算，比如计算数组的大小。

Answer 1

非类型参数在编译时计算的基本原理

在C++函数模板中，非类型参数是在编译时确定其值的。编译器在实例化模板时，会用实际的参数值替换模板中的非类型参数。这些参数值必须是编译期常量表达式，因为编译器需要在编译阶段就知道其确切值，以便生成相应的代码。这样一来，一些依赖于这些参数值的计算就可以在编译时完成，而不是在运行时，从而提高效率。

示例代码

#include <iostream>

// 函数模板，利用非类型参数计算数组大小
template <typename T, size_t N>
size_t arraySize(const T (&arr)[N]) {
    return N;
}

int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    size_t size = arraySize(arr);
    std::cout << "数组大小为: " << size << std::endl;
    return 0;
}

在上述示例中，arraySize函数模板接受一个数组引用作为参数，其第二个参数N是一个非类型参数，表示数组的大小。编译器在实例化arraySize模板时，会根据传入数组的实际大小确定N的值，并在编译时计算出数组的大小，而不需要在运行时进行额外的操作。