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增加了可变模板参数特性:允许模板定义中包含0到任意个模板参数。声明可变参数模板时,需要在typename或class后面加上省略号"..."。
省略号的作用有两个:
1. 声明一个参数包,这个参数包中可以包含0到任意个模板参数
2. 在模板定义的右边,可以将参数包展开成一个一个独立的参数
1. 可变参数模板函数
可变参数模板函数的定义如下:
template<class... T> void f(T... args){ cout << sizeof...(args) << endl; //sizeof...(args) 取得可变参数的个数 } f(); f(1, 2); f(1, 2.3, "hello");
参数包可以包含0个或者多个参数,如果需要用参数包中的参数,则一定要将参数包展开。有两种展开参数包的方法:(1)通过递归的模板函数来展开参数包;(2)通过逗号表达式和初始化列表方式展开参数包。
展开参数包
(1)递归函数方式展开参数包
需要提供一个参数包展开的函数和一个递归终止函数,二者同名。递归终止函数的参数可以为0,1,2或者多个(一般用到0个或1个),当参数包中剩余的参数个数等于递归终止函数的参数个数时,就调用递归终止函数,则函数终止。
#include<iostream> using namespace std; //递归终止函数 void print(){ cout << "empty" << endl; } //展开函数 template<class T, class... Args> void print(T head, Args... rest){ cout << "parameter = " << head << endl; print(rest...); } int main(){ print(1,2,3,4); return 0; } //当调用print(1,2,3,4)时,先后调用print(2,3,4), print(3,4),print(4),最终调用print()终止。 如果递归终止函数为 template<typename T> void print(T a){ cout << a << endl; }则函数调用到 print(4)就终止。
还可以通过type_traits方式来定义同名但不同参数的函数,分别实现递归终止和展开函数,从而展开参数包
//相当于递归终止函数 template<typename I = 0, typename Tuple> typename std::enable_if<I==std::tuple_size<Tuple>::value>::type printtp(Tuple t){ } //相当于展开函数 template<typename I = 0, typename Tuple> typename std::enable_if<I < std::tuple_size<Tuple>::value>::type printtp(Tuple t){ std::cout << std::get<I>(t) << std::endl; //打印出元组中的第i个 printtp<I+1>(t); } template<typename... Args> void print(Args... args){ printtp(std::make_tuple(args...); }
(2)初始化列表方式展开参数包
递归函数展开参数包,需要有一个同名的终止函数来终止递归,可以使用初始化列表的方式避免多定义一个同名的终止函数。
template<typename T> void printarg(T a){ cout << a << endl; } template<class...Args> void expand(Args... args){ int arr[] = {(printarg(args), 0)...}; //或者改进为 std::initializer_list<int>{(printarg(args), 0)...}; } //{(printarg(args), 0)...}会被展开为{(printarg(arg1), 0), (printarg(arg2), 0), (printarg(arg3), 0)} expand(1,2,3,"hello");
这种展开参数包的方式,不需要通过递归终止函数,而是直接在expand函数体内展开,printarg不是一个递归终止函数,只是一个处理参数包中每一个参数的函数。这种处理方式的关键是逗号表达式。
逗号表达式会按顺序执行前面的表达式,比如d = (a = b, c);b先赋值给a,接着括号中的逗号表达式返回c的值,因此d被赋值为c
c++11中使用列表初始化方法来初始化一个边长的数组,可以使用 int arr[] = {args...};其中args为一个变长的参数集合。template<typename... Args> void print(Args... args){ int arr[] = { (args, 0)... }; //具名的args...(或者匿名的...) 代表所有的可变参数集合,可以将args和...分开,此时args表示...中每一个参数。 }
还可以通过lambda表达式来改进上述的列表初始化方式:
template<typename... Args> void expand(Args... args){ std::initializer_list<int>{([&]{cout << args << endl;}(), 0)...}; }
2. 可变参数模板类
tuple是一个可变参数模板类:
template<class... Types> class tuple; 这个可变参数模板类可以携带任意类型任意个数的模板参数 std::tuple<int> tp1 = std::make_tuple(1); std::tuple<int, double> tp2 = std::make_tuple(1,2.4); std::tuple<> tp;
可变参数模板类的参数展开
(1)模板递归和特化方式展开参数包
可变参数模板类的展开一般需要2~3个类,包括类声明和特化的模板类。如下方式定义了一个基本的可变参数模板类:
template<typename... Args> //前向声明 struct Sum; template<typename First, typename... Rest> //类的定义 struct Sum<First, Rest...>{ enum {value = Sum<First>::value + Sum<Rest...>::value}; }; template<typename Last> //递归终止类,模板参数不一定为1个,可能为0个或者2个 struct Sum<Last>{ enum{value = sizeof(Last)}; }; 这个Sum类的作用是在编译期计算出参数包中参数类型的size之和。 或者可通过std::integral_constant来修改一下: template<typename... Args> //前置声明 struct Sum; template<typename First, typename... Rest> //递归定义 struct Sum<First, Rest...>: std::integral_constant<int, std::integral_constant<int, sizeof(First)>::value + Sum<Rest...>::value{ }; template<typename Last> //递归终止 struct Sum<Last>: std::integral_constant<int, sizeof(Last)>{ };
(2)继承方式展开参数包
//整型序列的定义 template<int...> struct IndexSeq{}; //继承方式,开始展开参数包 template<int N, int ... Indexes> struct MakeIndexes: MakeIndexes<N -1, N -1, Indexes...>{}; //模板特化,终止展开参数包的条件 template<int... Indexes> struct MakeIndexes<0, Indexes...>{ typedef IndexSeq<Indexes...> type; }; int main(){ using T = MakeIndexes<3>::type; //输出为 struct IndexSeq<0,1,2> cout << typeid(T).name() << endl; return 0; }; //MakeIndexes如果不通过继承递归方式生成,可以通过using来实现。 template<int N, int ...Indexes> struct MakeIndexes{ using type = MakeIndexes<N-1,N-1,Indexes>::type; }; template<int...Indexes> struct MakeIndexes<0, ...Indexes>{ using type = IndexSeq<Indexes...>; };
可以使用上述的IndexSeq来展开并打印可变模板参数,比如: template<int ...Indexes, typename ...Args> void print_helper(IndexSeq<Indexes...>, std::tuple<Args...>&& tup){ print(std::get<Indexes>(tup)...); } template<typename ...Args> void print(Args... args){ print_helper(typename MakeIndexes<sizeof...(args)>::type(), std::make_tuple(args...)); }