C++11新特性③ | 可变参数模板介绍

VC++常用功能开发汇总（专栏文章列表，欢迎订阅，持续更新...）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/124272585 C++软件异常排查从入门到精通系列教程（专栏文章列表，欢迎订阅，持续更新...）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125529931 C++软件分析工具从入门到精通案例集锦（专栏文章正在更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/131405795 C/C++基础与进阶（专栏文章，持续更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/category_11931267.html C++11新特性很重要，作为C++开发人员很有必要去学习，不仅笔试面试时会涉及到，开源代码中会大规模的使用。以很多视频会议及直播软件都在使用的开源WebRTC项目为例，WebRTC代码中大篇幅地使用了C++11及以上的新特性，要读懂其源码，必须要了解这些C++的新特性。所以，接下来一段时间我将结合工作实践，给大家详细讲解一下C++11的新特性，以供借鉴或参考。

1、引言

在C++11之前，类模板和函数模板只能含有固定数量的模板参数。C++11增强了模板功能，允许模板定义中包含0到任意个模板参数，这就是可变参数模板。

一个可变参数模板（variable template）就是一个接受可变数目参数的模板函数或模板类。可变数据的参数被称为参数包（parameter packet），有两种参数包：

1）模板参数包（template parameter packet）：表示0个或多个模板参数；
2）函数参数包（function parameter packet）：表示0个或多个函数参数。

用一个省略号来代表一个模板参数或者函数参数包。在模板参数列表中，typename...或calss...指出接下来的参数表示0个或多个类型的列表；一个类型名后面跟一个省略号表示0个或多个给定类型的非类型参数的列表。在函数参数列表中，如果一个参数的类型是一个模板参数包，则此参数也是个函数参数包，比如：

// Args是一个模板参数包，rest一个函数参数包
// Args表示0个或多个模板类型参数
// rest表示0个或多个函数参数
template<typename T, typename... Args>
void foo( const T &t, const Args& ... rest);

可变参数模板和普通模板的语义是一样的，只是写法上稍有区别，声明可变参数模板时需要在typename或class后面带上省略号“...”，看实例：

template<class ... T> 
void func(T ... args)  // T叫模板参数包，args叫函数参数包
{//可变参数模板函数

}

func();    // OK：args不含有任何实参
func(1);    // OK：args含有一个实参：int
func(2, 1.0);   // OK：args含有两个实参int和double

2、可变参数模板函数

2.1、可变参数模板函数的定义

一个可变参数模板函数的定义如下：

template<class ... T> void func(T ... args)
{//可变参数模板函数
    //sizeof...（sizeof后面有3个小点）计算变参个数
    cout << "num = " << sizeof...(args) << endl;
}

int main()
{
    func();     // num = 0
    func(1);    // num = 1
    func(2, 1.0);   // num = 2

    return 0;
}

2.2、参数包的展开

2.2.1、递归方式展开
通过递归函数展开参数包，需要提供一个参数包展开的函数和一个递归终止函数，比如：

//递归终止函数
void debug()
{
    cout << "empty\n";
}

//展开函数
template <class T, class ... Args>
void debug(T first, Args ... last)
{
    cout << "parameter " << first << endl;
    debug(last...);
}

int main()
{
    debug(1, 2, 3, 4);
    /*
    运行结果：
        parameter 1
        parameter 2
        parameter 3
        parameter 4
        empty
    */

    return 0;
}

递归调用过程如下：

debug(1, 2, 3, 4);
debug(2, 3, 4);
debug(3, 4);
debug(4);
debug();

2.2.2、非递归方式展开
非递归方式展开的实例如下：

template <class T>
void print(T arg)
{
    cout << arg << endl;
}

template <class ... Args>
void expand(Args ... args)
{
    int a[] = { (print(args), 0)... };
}

int main()
{
    expand(1, 2, 3, 4);

    return 0;
}

expand函数的逗号表达式：(print(args), 0)，也是按照这个执行顺序，先执行print(args)，再得到逗号表达式的结果0。

同时，通过初始化列表来初始化一个变长数组，{ (print(args), 0)... }将会展开成( (print(args1), 0), (print(args2), 0), (print(args3), 0), etc...), 最终会创建一个元素只都为0的数组int a[sizeof...(args)]。

3、可变参数模板类

3.1、继承方式展开参数包

可变参数模板类的展开一般需要定义2 ~ 3个类，包含类声明和特化的模板类：

template<typename... A> class BMW{};  // 变长模板的声明

template<typename Head, typename... Tail>  // 递归的偏特化定义
class BMW<Head, Tail...> : public BMW<Tail...>
{//当实例化对象时，则会引起基类的递归构造
public:
    BMW()
    {
        printf("type: %s\n", typeid(Head).name());
    }

    Head head;
};

template<> class BMW<>{};  // 边界条件

int main()
{
    BMW<int, char, float> car;
    /*
    运行结果：
        type: f
        type: c
        type: i
    */

    return 0;
}

3.2、模板递归和特化方式展开参数包

模板递归和特化方式展开参数包的实例如下：

template <long... nums> struct Multiply;// 变长模板的声明

template <long first, long... last>
struct Multiply<first, last...> // 变长模板类
{
    static const long val = first * Multiply<last...>::val;
};

template<>
struct Multiply<> // 边界条件
{
    static const long val = 1;
};

int main()
{
    cout << Multiply<2, 3, 4, 5>::val << endl; // 120

    return 0;
}