c++模板递归怎么用 c++编译期计算阶乘【实例】

c++模板递归实现编译期阶乘

用C++模板递归计算阶乘，本质是利用类模板的特化和实例化过程，在编译阶段完成数值推导，不生成任何运行时代码。核心在于：定义通用模板（递归情况）+ 显式特化（递归终止）。

基础写法：类模板 + 静态常量成员

这是最经典、最易理解的方式。通过 enum 或 constexpr static 成员保存结果：

// C++11 及以上写法（推荐）

template
struct factorial {
    static constexpr unsigned long long value = N * factorial::value;
};
// 递归终止：0! = 1 和 1! = 1（可合并为一个特化）
template<>
struct factorial<0> {
static constexpr unsigned long long value = 1;
};
// 使用示例
static_assert(factorial<5>::value == 120, "5! should be 120");
int x = factorial<4>::value; // 编译期求得 24，x 是运行时整数

更现代写法：变量模板（C++14）

避免重复写 ::value，语法更简洁，语义更清晰：

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• 需先定义类模板（含特化），再导出变量模板
• 变量模板本身不能偏特化，所以仍依赖类模板特化逻辑

template
struct factorial_impl {
    static constexpr unsigned long long value = N * factorial_impl::value;
};
template<>
struct factorial_impl<0> {
static constexpr unsigned long long value = 1;
};
// 变量模板：直接访问
template
constexpr unsigned long long factorial = factorial_impl::value;
// 使用
static_assert(factorial<6> == 720, "");

注意事项与边界处理

模板递归不是万能的，需主动防范溢出和非法输入：

• 负数不支持：无符号类型（unsigned int）天然拒绝负值，但若用 int，N-1 在 N==0 时会回绕成大正数，导致无限实例化失败（编译错误）
• 溢出静默发生：factorial 在 unsigned long long 下就溢出（实际值超 2^64），但编译器通常不报错，只得到错误结果；建议配合 static_assert 检查上限
• 深度限制：过大的 N（如 >1000）可能触发编译器模板递归深度限制（如 GCC 默认 900），可用 -ftemplate-depth= 调整，但应优先优化逻辑

// 加入上限检查示例（C++17）

template
struct factorial {
    static_assert(N < 21, "factorial: N too large, risk of overflow");
    static constexpr unsigned long long value = N * factorial::value;
};
template<> struct factorial<0> { static constexpr unsigned long long value = 1; };

进阶：函数模板递归（C++14 constexpr 函数）

相比类模板，constexpr 函数写法更直观，且天然支持运行时调用（一鱼两吃）：

constexpr unsigned long long factorial(unsigned int n) {
    return n <= 1 ? 1 : n * factorial(n - 1);
}
// 编译期使用
constexpr auto f5 = factorial(5); // OK，值为 120
static_assert(f5 == 120, "");
// 运行时也可用
int y = factorial(7); // 生成运行时调用（或内联）

注意：该函数在 C++14 中已允许循环和递归；C++11 仅支持单条 return 表达式，无法写递归版本。