c++ 中的可变参数模板与折叠表达式

c++ 11 引入了可变参数模板，c++ 17 引入了折叠表达式，比 c 语言的可变参数更加简洁灵活。这篇博客总结了一些例子。

• …（省略号）用于可变参数（Variadic Arguments），它可以放在模板参数 或 函数参数的后面，表示该参数是参数包（Parameter Pack），可以接收多个值。

1. 可变参数模板

递归调用是处理可变参数模板的经典方式，即通过递归地拆解参数包。

#include <iostream>

// 基本函数（终止递归）
void print() {
    std::cout << "结束" << std::endl;
}

// 可变参数模板
template <typename T, typename... Args> // 这个... 表示多种不同的变量类型
void print(T first, Args... rest) { // 这个... 表示多种不同的变量类型
    std::cout << first << " ";  // 先打印当前参数
    print(rest...);             // 递归调用，传入剩余参数， 这个... 表示多种不同的传入参数
}

int main() {
    print(1, 2.5, "Hello", 'A');  
    // 输出: 1 2.5 Hello A 结束
}

• 需要有递归的终止函数，比折叠表达式麻烦点

• 可变参数模板不仅可以用于函数，还可以用于 类模板。

#include <iostream>

// 可变参数类模板
template <typename... Args>
class MyClass {
public:
    MyClass() {
        std::cout << "MyClass with " << sizeof...(Args) << " template parameters\n";
    }
};

int main() {
    MyClass<int, double, char> obj1;  // 输出: MyClass with 3 template parameters
    MyClass<> obj2;                   // 输出: MyClass with 0 template parameters
}

• sizeof…(Args) 为一种特殊的语法，用来 获取模板参数包中的参数个数。

2. 折叠表达式

C++17 引入了 折叠表达式（Fold Expressions），可以将参数包展开，并应用一个二元操作符来对这些参数进行“折叠”，将它们合并成一个单一的值。

折叠表达式有两种基本形式：

• 左折叠（left fold）, 操作从 最左侧 开始，依次将参数包中的元素与左侧的结果结合，语法：

(... op args)

• 右折叠（right fold），操作从 最右侧 开始，依次将参数包中的元素与右侧的结果结合，语法：

(op args ...)

其中，op 表示运算符，可以是 +, -, *, /, &&, ||, << 等。可以看出，省略号在运算符左边就是左折叠，在运算符右边就是右折叠。

#include <iostream>

template <typename... Args> auto subtractLeft(Args... args) {
  return (... - args); // 左折叠，依次进行减法
}

template <typename... Args> auto subtractRight(Args... args) {
  return (args - ...); // 右折叠，依次进行减法
}

int main() {
  std::cout << subtractLeft(10, 3, 2, 1) << std::endl; // 输出是 4
  std::cout << subtractRight(10, 3, 2, 1) << std::endl; // 输出是 8

  return 0;
}

第一个函数左折叠表示 10-3-2-1=4，第二个函数右折叠表示 10-(3-(2-1))=8.

• 可以直接对可变参数包进行操作，避免递归展开。

#include <iostream>

// 使用 C++17 折叠表达式
template <typename... Args>
void print(Args... args) {
    ((std::cout << args << " "), ...);
    std::cout << std::endl;
}

int main() {
    print(1, 2.5, "Hello", 'A');
    // 输出: 1 2.5 Hello A
}

对所有参数包求和：

#include <iostream>

template <typename... Args>
auto sum(Args... args) {
    return (args + ...); // 左折叠，将所有参数求和
}

int main() {
    std::cout << sum(1, 2, 3, 4) << std::endl; // 输出: 10
}