C++模板（第二版）笔记之第四章：变参模板-创新互联

文章目录

• • 一、变参模板
  • • 1.变参模板eg
    • 2.变参和非变参模板的重载
    • 3.sizeof... 运算符
• 二、折叠表达式
• 三、变参模板的使用
• 四、变参类模板和变参表达式
• • 1.变参表达式

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可以将模板参数定义成能够接受任意多个模板参数的情况。 这一类模板被称为变参模板（variadic template）。

• eg：可以通过调用下面代码中的 print()函数来打印一组数量和类型都不确定的参数：

#include//为了结束递归， 重载了不接受参数的非模板函数 print()， 它会在参数包为空的时候被调用。
void print ()
{}

//这些被称为 args的剩余参数， 是一个函数参数包（function parameter pack） ：
templatevoid print (T firstArg, Types… args)
{std::cout<< firstArg<< '\n' ; //print first argument
    print(args…); // call print() for remaining arguments
}


int main()
{std::string s("world");
    print (7.5, "hello", s);
}

• 测试：

7.5
hello
World

解释：

• 因为这个调用首先会被扩展成：

print(7.5, “hello”, s);
其中：
firstArg 的值是 7.5， 其类型 T 是 double。
args 是一个可变模板参数， 它包含类型是 char const*的“hello” 和类型是 std::string 的“world”

• 在打印了 firstArg 对应的 7.5 之后， 继续调用 print()打印剩余的参数， 这时 print()被扩展为：

print(“hello”, s);
其中：
firstArg 的值是“hello” ， 其类型 T 是 char const *。
args 是一个可变模板参数， 它包含的参数类型是 std::string。

• 在打印了 firstArg 对应的“hello” 之后， 继续调用 print()打印剩余的参数， 这时 print()被扩展为：
  print(s);

其中：
firstArg 的值是“world” ， 其类型 T 是 std::string。
args 是一个空的可变模板参数， 它没有任何值

• 这样在打印了 firstArg 对应的“ world” 之后， 就会调用被重载的不接受参数的非模板函数print()， 从而结束了递归。

2.变参和非变参模板的重载

• eg：当两个函数模板的区别只在于尾部的参数包的时候， 会优先选择没有尾部参数包的那一个函数模板。

#include//为了结束递归， 重载了不接受参数的非模板函数 print()， 它会在参数包为空的时候被调用。
templatevoid print (T arg)
{std::cout<< arg<< '\n' ; //print passed argument
}

//这些被称为 args的剩余参数， 是一个函数参数包（function parameter pack） ：
templatevoid print (T firstArg, Types... args)
{std::cout<< firstArg<< '\n' ; //print first argument
    print(args...); // call print() for remaining arguments
}

• 另外：

#includetemplatevoid print(T arg)
{(std::cout<< arg)<< '\n';
}
int main()
{std::cout<< "Hello World";
    print();
    return 0;
}

• 测试：

/home/insights/insights.cpp:10:5: error: no matching function for call to 'print'
    print();
    ^~~~~
/home/insights/insights.cpp:3:6: note: candidate function template not viable: requires single argument 'arg', but no arguments were provided
void print(T arg)
     ^
1 error generated.
Error while processing /home/insights/insights.cpp.

3.sizeof… 运算符

C++11 为变参模板引入了一种新的 sizeof 运算符： sizeof…。 它会被扩展成参数包中所包含的参数数目。

• 运算符 sizeof…既可以用于模板参数包， 也可以用于函数参数包。

templatevoid print (T firstArg, Types… args)
{std::cout<< firstArg<< ’ \n’ ; //print first argument
	std::cout<< sizeof…(Types)<< ’ \n’ ; //print number of remaining
	types
	std::cout<< sizeof…(args)<< ’ \n’ ; //print number of remainingargs
…
}

• 错误做法：这样可能会让你觉得， 可以不使用为了结束递归而重载的不接受参数的非模板函数 print()，只要在没有参数的时候不去调用任何函数就可以了：

templatevoid print (T firstArg, Types… args)
{std::cout<< firstArg<< ’ \n’ ;
	if (sizeof…(args) >0) {//error if sizeof…(args)==0
		print(args…); // and no print() for no arguments declared
	}
}

解释：

• 但是这一方式是错误的， 因为通常函数模板中 if 语句的两个分支都会被实例化。

• 因此如果在只有一个参数的时候调用 print()函数模板， 虽然 args…为空， if 语句中的 print(args…)也依然会被实例化， 但此时没有定义不接受参数的 print()函数，因此会报错

• 其他方法：如果使用 constexp if， 就可以在函数内部决定是否要继续递归下去， 而不用再单独定义一个函数来终结递归：

templatevoid print (T firstArg, Types… args)
{std::cout<< firstArg<< ’ \n’ ;
	if constexpr(sizeof…(args) >0) {print(args…); //code only available if sizeof…(args)>0 (sinceC++17)
	}
}

解释：

• 这里如果只给 print()传递一个参数， 那么 args…就是一个空的参数包， 此时 sizeof…(args)等于
  0。
• 这样 if 语句里面的语句就会被丢弃掉， 也就是说这部分代码不会被实例化。 因此也就不
  再需要一个单独的函数来终结递归

二、折叠表达式

从 C++17 开始， 提供了一种可以用来计算参数包（可以有初始值） 中所有参数运算结果的二元运算符。

• 几乎所有的二元运算符都可以用于折叠表达式
• eg：下面的函数会返回 s 中所有参数的和。如果参数包是空的， 这个表达式将是不合规范的。

templateauto foldSum (T… s) {return (… + s); // ((s1 + s2) + s3) …
}

更好的方法

templateauto sum(T ...t)
{return (0+...+t);
}

• 可能的折叠表达式：
  

• eg：使用折叠表达式和运算符->*遍历一条二叉树的路径：

// define binary tree structure and traverse helpers:
struct Node {int value;
	Node* left;
	Node* right;
	Node(int i=0) : value(i), left(nullptr), right(nullptr) {}
};

auto left = &Node::left;
auto right = &Node::right;
// traverse tree, using fold expression:
templateNode* traverse (T np, TP… paths) 
{//折叠表达式从 np 开始遍历了 paths 中所有可变成员。
	return (np ->* … ->* paths); // np ->* paths1 ->* paths2 …
}

int main()
{// init binary tree structure:
	Node* root = new Node{0};
	root->left = new Node{1};
	root->left->right = new Node{2}; 
	//traverse binary tree:
	Node* node = traverse(root, left, right);
}

• eg：在参数包各元素之间并不会打印空格。它可以在所有要打印的参数后面追加一个空格：

templateclass AddSpace
{private:
	T const& ref; // refer to argument passed in constructor
public:
	AddSpace(T const& r): ref(r) {}

friend std::ostream& operator<< (std::ostream& os, AddSpaces) 
{return os<< s.ref<<’ ’ ; // output passed argument and a space
}
};

templatevoid print (Args… args) {( 
	std::cout<< …<< AddSpace(args) )<< ’ \n’ ;
}

//更好的方法
templatevoid print(T0 const &t0, T const &...t) {std::cout<< t0;
    ((std::cout<< ' '<< t), ...);
    std::cout<< std::endl;
}

三、变参模板的使用

一个重要的作用是转发任意类型和数量的参数。

通常是使用移动语义对参数进行完美转发（perfectly forwarded）

注意， 之前关于常规模板参数的规则同样适用于变参模板参数。

• 比如， 如果参数是按值传递的， 那么其参数会被拷贝， 类型也会退化（decay） 。 如果是按引用传递的， 那么参数会是实参的引用， 并且类型不会退化：

// args are copies with decayed types:
templatevoid foo (Args… args);
// args are nondecayed references to passed objects:
templatevoid bar (Args const&… args);

四、变参类模板和变参表达式

参数包还可以出现在其它一些地方， 比如表达式， 类模板， using 声明， 甚至是推断指引中。

1.变参表达式

• eg：先是将参数包中的所有的参数都翻倍， 然后将结果传给 print()：

templatevoid printDoubled (T const&… args)
{print (args + args…);
}

如果这样调用它：
printDoubled(7.5, std::string("hello"), std::complex(4,2));

效果上和下面的调用相同（除了构造函数方面的不同） ：
print(7.5 + 7.5, std::string("hello") + std::string("hello"),
std::complex(4,2) + std::complex(4,2);

• 如果只是想向每个参数加 1， 省略号…中的点不能紧跟在数值后面：

templatevoid addOne (T const&… args)
{print (args + 1…); // ERROR: 1… is a literal with too many decimal points
print (args + 1 …); // OK
print ((args + 1)…); // OK
}

• eg：折叠表达式的一种应用：下面这个例子可以用来判断所有参数包中参数的类型是否相同：

templateconstexpr bool isHomogeneous (T1, TN…)
{return (std::is_same::value && …); // since C++17
}

对于：
isHomogeneous(43, -1, "hello")
会被扩展成：
std::is_same::value && std::is_same::value
结果自然是 false。 

而对：isHomogeneous("hello", "", "world", "!")
结果则是 true， 因为所有的参数类型都被推断为 char const *（ 这里因为是按值传递， 所以
发生了类型退还， 否则类型将依次被推断为： char const[6], char const[1], char const[6]和 char const[2]） 。

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