C++11：可变参数的模板_c++ 多参数模板

概述

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。

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“…”：

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
1
2
3
4
5
6
7
8

T叫模板参数包，args叫函数参数包。

省略号“…”的作用有两个：

• 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
• 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

可变参数模板函数

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：

#include <iostream>
using namespace std;

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;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

运行结果如下：

参数包的展开

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。

#include <iostream>
using namespace std;

//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);

    return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

运行结果如下：

递归调用过程如下：

    debug(1, 2, 3, 4);
    debug(2, 3, 4);
    debug(3, 4);
    debug(4);
    debug();
1
2
3
4
5

通过可变参数模板实现打印函数：

#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

void Debug(const char* s)
{
    while (*s)
    {
        if (*s == '%' && *++s != '%')
        {
            throw runtime_error("invalid format string: missing arguments");
        }

        cout << *s++;
    }
}

template<typename T, typename... Args>
void Debug(const char* s, T value, Args... args)
{
    while (*s)
    {
        if (*s == '%' && *++s != '%')
        {
            cout << value;
            return Debug(++s, args...);
        }

        cout << *s++;
    }

    throw runtime_error("extra arguments provided to Debug");
}

int main()
{
    Debug("a = %d, b = %c, c = %s\n", 250, 'm', "mike");

    return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40

运行结果如下：

非递归方式展开

#include <iostream>
using namespace std;

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;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

运行结果如下：

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)]。

可变参数模板类

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：

#include <iostream>
#include <typeinfo>
using namespace std;

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;

    return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

运行结果如下：

模板递归和特化方式展开参数包

#include <iostream>
using namespace std;

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;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

运行结果如下：

参考资料：深入应用C++11 代码优化与工程级应用