面试题：C++函数模板非类型参数取值范围应用

Question

假设有一个函数模板，用于创建指定大小的数组并初始化元素，要求使用非类型参数来确定数组大小。请编写这个函数模板，并讨论在实际应用场景中，如何确定非类型参数合适的取值范围，以及可能会遇到的问题和解决方案。

Answer 1

函数模板代码

#include <iostream>

template <typename T, size_t N>
T* createArray(const T& value) {
    T* arr = new T[N];
    for (size_t i = 0; i < N; ++i) {
        arr[i] = value;
    }
    return arr;
}

确定非类型参数合适的取值范围

1. 内存限制：系统可分配给程序的内存是有限的。如果数组大小过大，可能导致内存分配失败。可以通过查询系统相关的内存限制参数（如在Linux下可通过ulimit -v查看进程虚拟内存限制），并根据程序运行时的其他内存需求，确定一个合理的上限。下限通常为1，因为0大小的数组在大多数场景下没有实际意义。
2. 性能考虑：过大的数组可能导致程序运行缓慢，尤其是在频繁访问数组元素时。根据程序的性能测试，确定一个不会使性能明显下降的数组大小范围。

可能会遇到的问题和解决方案

1. 栈溢出：如果在栈上定义数组（例如int arr[N];），当N过大时可能导致栈溢出。解决方案是在堆上动态分配内存，如上述代码使用new操作符。
2. 编译时间过长：模板实例化时，不同的非类型参数值会生成不同的代码。如果取值范围过大，编译时间可能显著增加。可以限制非类型参数的取值范围，或者使用模板特化来减少不必要的实例化。
3. 代码膨胀：随着非类型参数不同值的增加，生成的代码量也会增加，导致可执行文件变大。同样可以通过限制取值范围和模板特化来缓解。