为什么使用非类型模板参数？ [复制]

我读过很多问题和答案，但是这个问题 https://stackoverflow.com/questions/12550398/why-we-use-non-type-template-arguments最吸引我的眼球；它及其答案很有帮助，但我仍然觉得我没有完全理解使用非类型模板参数背后的用途和理论。他们提供了许多关于何时使用它的有用示例，但没有一个真正阐明非类型模板参数背后的理论。

我感兴趣的不是具体在示例中，而是更广泛地了解为什么我倾向于使用非类型模板参数而不是常规函数参数。

我知道它们是在编译时确定的，并且每个新调用都会创建一个具有非类型模板参数的确定值的新函数。那么，为什么我想要创建同一函数的许多不同实例，因为我只需将所需的参数输入到一个函数中，并且只用一个编译函数就可以得到相同的结果（据说）。

本质上，为什么我应该倾向于做＃1，而不是＃2，根据最后一节这一页 http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/functions2 of cplusplus.com http://www.cplusplus.com?

#1:

template <class T, int N>
T fixed_multiply (T val)
{
  return val * N;
}

int main() {
  std::cout << fixed_multiply<int,2>(10) << '\n';
  std::cout << fixed_multiply<int,3>(10) << '\n';
}

#2:

template <class T>
T fixed_multiply (T val, int N)
{
  return val * N;
}

int main() {
  std::cout << fixed_multiply<int>(10, 2) << '\n';
  std::cout << fixed_multiply<int>(10, 3) << '\n';
}

此外，是否会有任何性能优势或类似优势？是否有任何常见应用程序可以从使用非类型模板参数中受益，或者这是在特定应用程序中使用的高科技参数以产生特定结果？

编辑：由于某种原因，这被标记为重复，第一段解释了我提出类似问题的原因。

当您希望（或需要）编译器在保持代码良好分解的同时进行某些编译时优化时，它们非常有用。我简单举几个例子：

分支消除

void doSomething(bool flag) {
  if (flag) {
    //whatever
  }
}

template <bool flag>
void doSomething() {
 if (flag) {
   //whatever
}

}

在上面的例子中，如果你总是知道flag在编译时调用时doSomething，那么就可以避免分支的成本，而无需手动创建doSomethingTrue and doSomethingFalse函数可能需要您重复很多代码。例如，当您想要在网络代码中的发送端和接收端之间分解代码，并且您的代码位于性能关键堆栈的深处时，此技巧非常有用。

避免动态内存管理

void someFunction(size_t size, float* inout) {
  std::vector<float> tmp(size);
  //do something with inout and tmp and then store result in inout
}

template <size_t N>
void someFunction(float *inout) {
  float tmp[N]; //or std::array if you like
  //do something with inout and tmp and store result in inout
}

在上面的示例中，如果第二个版本陷入关键循环内，它的性能会好得多。

允许特殊优化

考虑循环：

for (size_t i = 0; i < N; ++i) {
  //some arithmetic
}

如果编译器知道 N 是 4 或 8，它可能能够用等效的 SIMD 指令替换算术，或者至少比 N 是运行时参数时更智能地展开循环。这种事情在 GPU 编程 (CUDA) 领域很常见。

模板元编程

当您使用模板生成一些重要的代码时，有时您必须在编译时迭代某些内容。您需要模板非类型参数才能执行此操作。参数包和std::tuple这是一种常见的情况，但还有更多，这里很难举例说明。

要回答您的问题，如果您有选择，何时将某些内容设为模板参数：采用动态（运行时）参数的代码总是更灵活，因此您应该只将某些内容转换为模板参数，如果您可以使用性能大幅提升。另一方面，如果您发现自己在一组枚举上编写了很多重复的代码，那么您可能应该尝试使用模板进行分解。