C++11新特性之变长参数模板详解

C++11 变长参数模板

在C++11之前，无论是类模板还是函数模板，都只能按其指定的样子，接受一组固定数量的模板参数；

这已经大大提升了代码的复用！

在C++11之后，加入了新的表示方法，允许任意个数、任意类别的模板参数，同时也不需要在定义时将参数的个数固定。更加像”黑魔法“了。

template<typename... Ts> class Magic;

模板类 Magic 的对象，能够接受不受限制个数的 typename 作为模板的形式参数，例如下面的定义：

class Magic<int,
std::vector<int>,
std::map<std::string,
std::vector<int>>> darkMagic;

既然是任意形式，所以个数为 0 的模板参数也是可以的：class Magic<> nothing;。如果不希望产生的模板参数个数为 0，可以手动的定义至少一个模板参数：

template<typename Require, typename... Args> class Magic;

变长函数参数包

除了在模板参数中能使用 ... 表示不定长模板参数外，函数参数也使用同样的表示法代表不定长参数。

传统 C 中的 printf 函数，虽然也能达成不定个数的形参的调用，但其并非类别安全。而 C++11 除了能定义类别安全的变长参数函数外，还可以使类似 printf 的函数能自然地处理非自带类别的对象。除了在模板参数中能使用 ... 表示不定长模板参数外，函数参数也使用同样的表示法代表不定长参数，这也就为我们简单编写变长参数函数提供了便捷的手段，例如：

template<typename... Args> 
void printf(const std::string &str, Args... args);

其中，Args 与 args 分别代表模板与函数的变长参数集合，称之为参数包 (parameter pack)。参数包必须要和运算符"..."搭配使用。

如何解参数包

长参数模板中，变长参数包无法如同一般参数在类或函数中使用；这个很好理解！

因为在栈中，我们需要先知道函数有多少个参数，才可以入栈，但是我们不知道变长参数有多长，所以需要特殊手法！

sizeof()获得函数参数个数

首先，我们可以使用 sizeof... 来计算参数的个数，：

template<typename... Ts>
void magic(Ts... args) 
{
    std::cout << sizeof...(args) << std::endl;
}

递归模板函数

递归去获得所有参数，是非常容易想到的方法，这种方法不断递归地向函数传递模板参数，进而达到递归遍历所有模板参数的目的。

printf 会不断地递归调用自身：函数参数包 args... 在调用时，会被模板类别匹配分离为 T value和 Args... args。直到 args... 变为空参数，则会与简单的 printf(const char *s) 形成匹配，退出递归。

//递归模板函数
template<typename T0>
void printf1(T0 value)
{
    std::cout << value << std::endl;
}
template<typename T, typename... Ts>
void printf1(T value, Ts... args) 
{
    std::cout << value << std::endl;
    printf1(args...);
}
int RecursiveTemplateFunc() 
{
    printf1(1, 2, "123", 1.1);
    return 0;
}

变参模板展开

上面的递归很容易理解，但是比较繁琐，那么还有没有什么好方法呢？

在 C++17 中增加了变参模板展开的支持，于是你可以在一个函数中完成 printf 的编写：

//变参模板展开
template<typename T0, typename... T>
void printf2(T0 t0, T... t) 
{
    std::cout << t0 << std::endl;
    if constexpr (sizeof...(t) > 0) 
        printf2(t...);
}

结论

模板作为C++中的”黑魔法“般的武器，学起来比较难，但当掌握后，确实非常高级，变长参数模板对我们写模板有很大的帮助！

本文的代码地址: Modern_Cpp_Practice.

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