Шаблоны переменных в C++14

#c++ #шаблоны_с++ #c++14

Изучая новый стандарт C++, натолкнулся на нововведение «шаблоны переменных»

Синтаксис у шаблона следующий:

template < typename T >
constexpr T value = T(1234);


О применении шаблона написано:


  Данная возможность позволяет создавать и использовать constexpr шаблоны переменных,
для более удобного сочетания с шаблонными алгоритмами.


Не вполне понимаю, как такая переменная будет использоваться в шаблонном алгоритме.
Не могли бы Вы привести несколько примеров использования этого механизма? Также не
понимаю, почему нельзя такое шаблонное constexpr выражение заменить нешаблонным, ведь
значение мы указываем явно, соответственно, и тип можем написать (вывести) явно.
    

Ответы

Ответ 1

В стандарте есть пример:

template
constexpr T pi = T(3.1415926535897932385L);

template
T circular_area(T r) {
  return pi * r * r;
}


Здесь шаблон переменной позволяет получить константу нужного размера - float/double/etc.



Другое популярное применение - это замена is_some::value на is_some_v, например

template< class T, class U >
inline constexpr bool is_same_v = is_same::value;  // C++17


Ответ 2

Тут можно заметить, что при объявлении шаблона переменной тип этой переменной совсем
не обязан совпадать с параметром шаблона или вообще быть как-то связан с параметром(-ами)
шаблона. Большинство тривиальных примеров шаблонов переменных обычно дают переменной
тот же самый тип, что использовался в параметре шаблона, что может создать ложное впечатление,
как будто это требуется. На самом деле шаблонная переменная может иметь любой тип.

Например, пользуясь примером с площадью окружности, вы можете принять решение использовать
"базовое" определение константы PI с конкретным типом double

template constexpr double PI = 3.141592653589793;


а затем, пользуясь явной специализацией, добавить специализированные определения
для отдельных плавающих типов

template<> constexpr float PI = 3.1415927;
template<> constexpr long double PI = 3.141592653589793238L;


После этого можно будет реализовать "единую" шаблонную функцию вычисления площади
окружности 

template T circle_area(T r) 
{
  return PI * r * r;
}


которая будет, например, работать и с целочисленными типами

int area = circle_area(10);


Для целочисленных типов в качестве константы PI будет браться  вариант "по умолчанию"
с типом double, а для плавающих типов будут использоваться специализированные значения
этой константы.

Вариант реализации этой функции из ответа @Abyx, как вы наверное заметили, тоже будет
"работать" с целочисленными типами. Но в том варианте константа Пи для целочисленных
типов получит целочисленное значение 3, что не всегда желательно.



Также можно добавить, что возможность включения статических членов-данных в шаблоны
классов существовала в языке С++ с самого начала стандартизованных времен, т.е. в С++98.
Это позволяло реализовывать "шаблоны переменных" уже тогда, пользуясь фактически той
же самой техникой, которая в С++98 применялась для "шаблонных typedef", т.е. через
помещение типов или переменных в "обертку" шаблонного класса. В частности, вышеприведенный
пример может быть реализован на классическом С++98 как

template  struct PI { static const double value; };
template  const double PI::value = 3.141592653589793;

template <> struct PI { static const float value; };
const float PI::value = 3.1415927;

template <> struct PI { static const long double value; };
const long double PI::value = 3.141592653589793238L;

template T circle_area(T r) 
{
  return PI::value * r * r;
}


Принимая это во внимание, можно сказать, что шаблонные переменные не являются каким-то
фундаментально новым свойством С++14. Они (выражаясь нестрого) являются просто "синтаксическим
сахаром", более компактным и элегантным вариантом синтаксиса для записи вышеприведенного
С++98 варианта реализации. Ситуация аналогична введенной в С++11 возможность объявления
шаблонных typedef (через using), которая тоже может быть названа "синтаксическим сахаром"
над хорошо известной С++98 техникой "шаблонного typedef".