在c++11之前,類模板和函數模板只能含有固定數量的模板參數,c++11增加了可變模板參數特性:允許模板定義中包含0到任意個模板參數。聲明可變參數模板時,需要在typename或class后面加上省略號"..."。
省略號的作用有兩個:
1. 聲明一個參數包,這個參數包中可以包含0到任意個模板參數
2. 在模板定義的右邊,可以將參數包展開成一個一個獨立的參數
1. 可變參數模板函數
可變參數模板函數的定義如下:
template<class... T> void f(T... args){ cout << sizeof...(args) << endl; //sizeof...(args) 取得可變參數的個數 } f(); f(1, 2); f(1, 2.3, "hello");
參數包可以包含0個或者多個參數,如果需要用參數包中的參數,則一定要將參數包展開。有兩種展開參數包的方法:(1)通過遞歸的模板函數來展開參數包;(2)通過逗號表達式和初始化列表方式展開參數包。
展開參數包
(1)遞歸函數方式展開參數包
需要提供一個參數包展開的函數和一個遞歸終止函數,二者同名。遞歸終止函數的參數可以為0,1,2或者多個(一般用到0個或1個),當參數包中剩余的參數個數等於遞歸終止函數的參數個數時,就調用遞歸終止函數,則函數終止。
#include<iostream> using namespace std; //遞歸終止函數 void print(){ cout << "empty" << endl; } //展開函數 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; } //當調用print(1,2,3,4)時,先后調用print(2,3,4), print(3,4),print(4),最終調用print()終止。 如果遞歸終止函數為 template<typename T> void print(T a){ cout << a << endl; }則函數調用到 print(4)就終止。
還可以通過type_traits方式來定義同名但不同參數的函數,分別實現遞歸終止和展開函數,從而展開參數包
//相當於遞歸終止函數 template<typename I = 0, typename Tuple> typename std::enable_if<I==std::tuple_size<Tuple>::value>::type printtp(Tuple t){ } //相當於展開函數 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; //打印出元組中的第i個 printtp<I+1>(t); } template<typename... Args> void print(Args... args){ printtp(std::make_tuple(args...); }
(2)初始化列表方式展開參數包
遞歸函數展開參數包,需要有一個同名的終止函數來終止遞歸,可以使用初始化列表的方式避免多定義一個同名的終止函數。
template<typename T> void printarg(T a){ cout << a << endl; } template<class...Args> void expand(Args... args){ int arr[] = {(printarg(args), 0)...}; //或者改進為 std::initializer_list<int>{(printarg(args), 0)...}; } //{(printarg(args), 0)...}會被展開為{(printarg(arg1), 0), (printarg(arg2), 0), (printarg(arg3), 0)} expand(1,2,3,"hello");
這種展開參數包的方式,不需要通過遞歸終止函數,而是直接在expand函數體內展開,printarg不是一個遞歸終止函數,只是一個處理參數包中每一個參數的函數。這種處理方式的關鍵是逗號表達式。
逗號表達式會按順序執行前面的表達式,比如d = (a = b, c);b先賦值給a,接着括號中的逗號表達式返回c的值,因此d被賦值為c
c++11中使用列表初始化方法來初始化一個邊長的數組,可以使用 int arr[] = {args...};其中args為一個變長的參數集合。template<typename... Args> void print(Args... args){ int arr[] = { (args, 0)... }; //具名的args...(或者匿名的...) 代表所有的可變參數集合,可以將args和...分開,此時args表示...中每一個參數。 }
還可以通過lambda表達式來改進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. 可變參數模板類
tuple是一個可變參數模板類:
template<class... Types> class tuple; 這個可變參數模板類可以攜帶任意類型任意個數的模板參數 std::tuple<int> tp1 = std::make_tuple(1); std::tuple<int, double> tp2 = std::make_tuple(1,2.4); std::tuple<> tp;
可變參數模板類的參數展開
(1)模板遞歸和特化方式展開參數包
可變參數模板類的展開一般需要2~3個類,包括類聲明和特化的模板類。如下方式定義了一個基本的可變參數模板類:
template<typename... Args> //前向聲明 struct Sum; template<typename First, typename... Rest> //類的定義 struct Sum<First, Rest...>{ enum {value = Sum<First>::value + Sum<Rest...>::value}; }; template<typename Last> //遞歸終止類,模板參數不一定為1個,可能為0個或者2個 struct Sum<Last>{ enum{value = sizeof(Last)}; }; 這個Sum類的作用是在編譯期計算出參數包中參數類型的size之和。 或者可通過std::integral_constant來修改一下: template<typename... Args> //前置聲明 struct Sum; template<typename First, typename... Rest> //遞歸定義 struct Sum<First, Rest...>: std::integral_constant<int, std::integral_constant<int, sizeof(First)>::value + Sum<Rest...>::value{ }; template<typename Last> //遞歸終止 struct Sum<Last>: std::integral_constant<int, sizeof(Last)>{ };
(2)繼承方式展開參數包
//整型序列的定義 template<int...> struct IndexSeq{}; //繼承方式,開始展開參數包 template<int N, int ... Indexes> struct MakeIndexes: MakeIndexes<N -1, N -1, Indexes...>{}; //模板特化,終止展開參數包的條件 template<int... Indexes> struct MakeIndexes<0, Indexes...>{ typedef IndexSeq<Indexes...> type; }; int main(){ using T = MakeIndexes<3>::type; //輸出為 struct IndexSeq<0,1,2> cout << typeid(T).name() << endl; return 0; }; //MakeIndexes如果不通過繼承遞歸方式生成,可以通過using來實現。 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來展開並打印可變模板參數,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...)); }