C++中的模板元编程（TMP）是什么？（入门示例）

模板元编程（TMP）是C++中利用模板在编译期进行计算和类型推导的技术，核心是将类型、常量等作为数据由编译器实例化时推理生成；典型应用包括编译期阶乘计算、enable_if条件编译及is_pointer等类型萃取，虽被constexpr和Concepts部分替代，但仍是高级泛型与标准库实现的基础。

模板元编程（TMP）是C++中利用模板在编译期进行计算和类型推导的一种技术，核心思想是把类型、常量甚至逻辑结构当作“数据”，让编译器在实例化模板时完成推理与生成，而不是等到运行时执行。

用模板计算阶乘（编译期常量）

下面是一个经典的编译期阶乘示例：通过递归模板特化，在编译阶段算出 5! 的值，结果是真正的整型常量，不占运行时开销。

代码示意：

template
struct factorial {
    static constexpr int value = N * factorial::value;
};
template<>
struct factorial<0> {
static constexpr int value = 1;
};
// 使用
static_assert(factorial<5>::value == 120, "5! should be 120");

说明：
– 主模板定义递归关系；
– 全特化 factorial 提供递归终点；
– value 是 constexpr 静态成员，编译器直接内联计算；
– static_assert 在编译期验证，失败则报错。

类型选择：enable_if 实现条件编译

当需要对不同类型做不同处理（比如只允许整数调用某函数），可用 std::enable_if 结合SFINAE控制模板是否参与重载决议。

飞书多维表格

表格形态的AI工作流搭建工具，支持批量化的AI创作与分析任务，接入DeepSeek R1满血版

下载

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

简单例子：只接受有符号整数的加法包装器

template
typename std::enable_if_t, T>
safe_add(T a, T b) {
    return a + b;
}

说明：
– 若 T 不是有符号类型，enable_if_t<...> 变成无效类型，该模板被从候选集中移除（不是编译错误）；
– 编译器只留下合法重载，实现“静态分发”；
– C++17起推荐用 std::enable_if_t 和 std::is_signed_v 简化写法。

类型萃取：is_pointer 的手工实现

标准库中的类型特征（如 std::is_pointer）本质就是TMP——通过偏特化识别类型结构。

template
struct is_pointer : std::false_type {};
template
struct is_pointer : std::true_type {};

说明：
– 默认继承 false_type（表示“不是指针”）；
– 对 T*> 偏特化，继承 true_type；
– 使用时写 is_pointer::value 得到 true，is_pointer::value 得到 false；
– 所有判断都在编译期完成，无运行时成本。

现代替代：constexpr 和 Concepts（简要提示）

C++11后TMP逐渐被更易读的方式补充或替代：
– constexpr 函数可直接在编译期求值，比模板递归更直观；
– C++20 Concepts 让约束类型变得清晰可读，减少艰涩的 enable_if 套路；
– 但理解TMP仍是掌握高级泛型、库设计（如Boost.MPL、std::variant内部）的基础。