C++折疊表達式（Fold Expression）

折疊表達式(Fold Expression)

折疊表達式是C++17新引進的語法特性。使用折疊表達式可以簡化對C++11中引入的參數包的處理，從而在某些情況下避免使用遞歸。

 

支持的操作符

折疊表達式支持 32 個操作符:

+, -, *, /, %, ^, &, |, =, <,

>, <<, >>, +=, -=, *=, /=, %=, ^=, &=, |=, <<=,

>>=,==, !=, <=, >=, &&, ||, ,, .*, ->*.

 

語法形式

折疊表達式共有四種語法形式。分別為一元的左折疊和右折疊，以及二元的左折疊和右折疊。

1、一元右折疊(unary right fold)
　　( pack op ... )
　　一元右折疊(E op ...)展開之后變為 E1 op (... op (EN-1 op EN))
2、一元左折疊(unary left fold)
　　( ... op pack )
　　一元左折疊(... op E)展開之后變為 ((E1 op E2) op ...) op EN
3、二元右折疊(binary right fold)
　　( pack op ... op init )
　　二元右折疊(E op ... op I)展開之后變為 E1 op (... op (EN−1 op (EN op I)))
4、二元左折疊(binary left fold)
　　( init op ... op pack )

　　二元左折疊(I op ... op E)展開之后變為 (((I op E1) op E2) op ...) op EN

語法形式中的op代表運算符，pack代表參數包，init代表初始值。
初始值在右邊的為右折疊，展開之后從右邊開始折疊。而初始值在左邊的為左折疊，展開之后從左邊開始折疊。
不指定初始值的為一元折疊表達式，而指定初始值的為二元折疊表達式。
當一元折疊表達式中的參數包為空時，只有三個運算符（&& || 以及逗號）有缺省值，其中&&的缺省值為true,||的缺省值為false，逗號的缺省值為void()。

下面看看具體應用

求和

假設我們想寫一個能接受一個及以上參數的求和函數，

#include <iostream>
using namespace std;
 
template<typename First>  
First sum1(First&& value)  
{  
    return value;  
}
 
template<typename First, typename Second, typename... Rest>  
First sum1(First&& first, Second&& second, Rest&&... rest)  
{  
    return sum1(first + second, forward<Rest>(rest)...);  
}
 
template<typename First, typename... Rest>
First sum2(First&& first, Rest&&... rest)
{
    return (first + ... + rest);
}
 
int main()
{
    cout << sum1(1) << sum1(1, 2) << sum1(1, 2, 3) << endl; // 136
    cout << sum2(1) << sum2(1, 2) << sum2(1, 2, 3) << endl; // 136
}

• 在C++17之前，求和函數sum1的實現必須分成兩個部分。其中4到8行的sum1函數用於處理一個參數的情況。而10到14行的sum1函數用於處理兩個及以上參數的情況。當參數個數大於一個時，10到14行的sum1函數將前兩個參數相加，然后遞歸調用自身。當參數個數只有一個時，4到8行的sum1函數將此參數返回，完成求和。sum1(1, 2, 3) = sum1(1+2, 3) = sum1(3, 3) = sum1(3+3) = sum1(6) = 6

• 而在C++17之后，由於有了折疊表達式這個新特性，求和函數sum2不再需要處理特殊情況，實現大為簡化。
  sum2(1, 2, 3) = (1 + ... + pack(2, 3)) = (1+2) + 3 = 6
  這里sum2的實現所采用的是二元左折疊。

 

“與”和“或”

#include <iostream>
using namespace std;
 
template<typename... Args>
bool all(Args... args) {return (... && args);}
template<typename... Args>
bool any(Args... args) {return (... || args);}
 
int main() 
{
    cout << boolalpha << all(true, false, true) << endl; // false
    cout << boolalpha << any(true, false, true) << endl; // true
    cout << boolalpha << all() << endl; // true
    cout << boolalpha << any() << endl; // false
}

•  在這里all和any函數分別實現了不特定多數布爾值的與和或的運算。這兩個函數的實現均采用了一元左折疊。

  all(true, false, true) = (... && pack(true, false, true)) = (true && false) && true = false
  any(true, false, true) = (... || pack(true, false, true)) = (true || false) || true = true

• 當一元折疊表達式中的參數包為空時，&&的缺省值為true，而||的缺省值為false。

  all() = (... && pack()) = true
  any() = (... || pack()) = false

   

“打印”和“調用”

#include <iostream>
using namespace std;
 
template<typename... Ts>
void printAll(Ts&&... mXs)
{
    (cout << ... << mXs) << endl;
}
 
template<typename TF, typename... Ts>
void forArgs(TF&& mFn, Ts&&... mXs)
{
    (mFn(mXs), ...);
}
 
int main() 
{
    printAll(3, 4.0, "5"); // 345
    printAll(); // 空行
    forArgs([](auto a){cout << a;}, 3, 4.0, "5"); // 345
    forArgs([](auto a){cout << a;}); // 空操作
}

•  printAll函數實現了對不特定多數值的打印輸出。該函數的實現采用了二元左折疊。

  printAll(3, 4.0, "5")
  = (cout << ... << pack(3, 4.0, "5")) << endl
  = ((cout << 3) << 4.0) << "5" << endl
  = 打印345並換行

• 當二元折疊表達式的參數包為空時，其計算結果為該二元折疊表達式中所預設的初始值。

  printAll()
  = (cout << ... << pack()) << endl
  = cout << endl
  = 空行

• forArgs函數實現了依次使用多個參數調用某個單參數函數的功能。該函數的實現采用了一元右折疊。

  forArgs([](auto a){cout << a;}, 3, 4.0, "5")
  = ([](auto a){cout << a;}(pack(3, 4.0, "5")), ...)
  = [](auto a){cout << a;}(3), ([](auto a){cout << a;}(4.0), ([](auto a){cout << a;}("5")))
  = 打印345

• 當使用逗號的一元折疊表達式中的參數包為空時，其計算結果為標准規定的缺省值void()。

  forArgs([](auto a){cout << a;})
  = ([](auto a){cout << a;}(pack()), ...)
  = void()

   

 轉自：(19條消息) C++17嘗鮮：fold expression（折疊表達式）_zwvista的專欄-CSDN博客_fold