当前位置:

首页 > 编程开发 > C++11可变参数模版实例详解

C++11可变参数模版实例详解

C++11引入可变参数模板,使函数模板能接受任意数量、任意类型的参数。定义时用class...或typename...表示类型包,Args...args表示形参包,并通过sizeof...获取参数个数,极大增强了模板的通用性与灵活性。

前言

说明一下,这篇专题是复习用的,比较适合已经学过C++的同学,用来巩固可变参数模板这块内容。

一、可变模版参数

1.1. 可变参数模版的概念

可变参数模板是C++11引入的一个新特性,它让参数的高度泛化成为可能——我们终于可以创建那些能接受可变参数的函数模板和类模板了。

  • 在C++11之前,不管是类模板还是函数模板,里面的模板参数个数都是固定的。由于可变参数模板本身比较抽象,用起来确实需要一些技巧。
  • 其实在C++11之前,C++也有可变参数的概念,比如printf函数就能接收任意多个参数。但要注意,那是函数参数的可变参数,并不是模板的可变参数。

注:这篇只讲函数模板的可变参数,类模板的不涉及。

1.2. 可变参数模版的定义方法

函数的可变参数模板定义起来其实很直观,看下面这个格式:

template
返回类型 函数名(Args...args)
{
    // 函数体
}

举个例子:

template
void ShowList(Args... args)
{}

注意这里的省略号:在模板参数列表中,class... 或 typename... 表示后面跟着的是一个类型包,可以匹配0个或多个类型;在函数参数列表中,类型名后面跟 ... 表示后面跟着的是一个形参对象包,同样可以匹配0个或多个对象。另外,函数参数包可以用左值引用或右值引用表示,每个参数实例化时都会遵循引用折叠规则。

这样一来,调用ShowList函数时就可以传入任意多个参数了,而且这些参数的类型可以各不相同。比如:

int main()
{
	ShowList();
	ShowList(1);
	ShowList(1,'A');
	ShowList(1,'A',string("hello"));
	return 0;
}

我们还可以在函数模板中通过sizeof...来获取参数包中参数的个数:

template
void ShowList(Args... args)
{
	cout << sizeof...(args) << endl;
}
int main()
{
	ShowList();							// 0		
	ShowList(1);						// 1
	ShowList(1,'A');					// 2
	ShowList(1,'A',string("hello"));	// 3
	return 0;
}

但是有一个关键问题:我们没法直接通过下标来获取参数包中的每个参数,只能通过展开参数包的方式来拿到它们。这也是可变参数模板最大的特点和难点所在。

它的本质其实有两种理解方式:

1. 结合引用折叠规则,编译器会实例化出下面这些函数:

void ShowList();
void ShowList(int arg1);
void ShowList(int arg1,char arg2);
void ShowList(int arg1,char arg2,string arg3);

2. 更本质地看,生成的是下面的模板:

void ShowList();
template
void ShowList(T1 arg1);
template
void ShowList(T1 arg1,T2 arg2);
template
void ShowList(T1 arg1, T2 arg2,T3 arg3);

需要特别强调的是:语法并不支持用 args[i] 的方式来获取参数包中的参数。下面的写法是错误的:

template
void ShowList(Args... args)
{
	for (int i = 0; i < sizeof...(args); i++)
	{
		cout << args[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

所以,要获取参数包中的各个参数,只能通过展开参数包的方式来实现。常用的展开方式有两种:递归展开和逗号表达式展开。

1.3. 参数包的展开方式

1.3.1. 递归展开参数包

递归展开的核心思路是这样的:

  • 给函数模板多增加一个模板参数,这样就能从参数包中分离出第一个参数。
  • 在函数模板内部递归调用自身,传入剩下的参数包。
  • 这样一层层递归下去,每次分离出一个参数,直到参数包被取完。

比如我们想打印调用函数时传入的各个参数,可以这样写:

//展开函数
template
void ShowList(T value, Args... args)
{
	cout << value << " "; //打印分离出的第一个参数
	ShowList(args...);    //递归调用,将参数包继续向下传
}

接下来要解决的就是:递归怎么停下来?

编写无参的递归终止函数

我们可以再写一个无参的同名函数作为递归终止条件:

//递归终止函数
void ShowList()
{
	cout << endl;
}
//展开函数
template
void ShowList(T value, Args... args)
{
	cout << value << " "; //打印分离出的第一个参数
	ShowList(args...);    //递归调用,将参数包继续向下传
}
int main()
{
	ShowList();							
	ShowList(1);						
	ShowList(1, 'A');					
	ShowList(1, 'A', string("hello"));	
	return 0;
}

当参数包中的参数个数为0时,递归调用就会匹配到那个无参的终止函数,递归就结束了。

当然,也可以换一种写法,把ShowList和Print分开来:

void ShowList()
{
	cout << endl;
} 
template 
void ShowList(T x, Args... args)
{
	cout << x << " ";
	ShowList(args...);
} 
// 编译时递归推导解析参数
template 
void Print(Args... args)
{
	ShowList(args...);
}
int main()
{
	Print(1);
	Print(1, 'A');
	Print(1, 'A', string("hello"));
	return 0;
}

1.3.2. 逗号表达式展开参数包

1. 通过列表获取参数包中的参数

如果参数包中所有参数的类型都是整型,那就可以直接把这个参数包放到一个列表里,用来初始化一个整型数组。这样参数包中的参数就被放进数组里了:

template
void Print(Args...args)
{
	int arr[] = { args...};
	for (auto e : arr)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	Print(1);
	Print(1,2);
	Print(1,2,3);
	return 0;
}

但C++不像Python这类语言——C++要求容器里存储的数据类型必须一致。所以如果这么写,调用ShowList时传入的参数就只能是整型,而且还不能传0个参数,因为数组大小不能为0。要解决这个问题,就得借助逗号表达式。

2. 通过逗号表达式展开参数包

虽然不能用不同类型的参数去初始化整型数组,但逗号表达式可以帮上忙。

  • 逗号表达式会从左到右依次计算各个表达式,然后取最后一个表达式的值作为整个表达式的结果。
  • 我们把逗号表达式的最后一个表达式设为一个整型值,确保它返回的是一个整型。
  • 把处理每个参数的动作封装成一个函数,并将这个函数的调用作为逗号表达式的第一个表达式。

这样,在执行逗号表达式时,会先调用那个处理函数来处理对应的参数,然后用最后一个整型值去初始化整型数组。比如:

template
const T& GetArg(const T& x)
{
	cout << x << " ";
	return x;
}
template
void Arguments(Args... args)
{}
template
void Print(Args... args)
{
	Arguments(GetArg(args)...);
}
int main()
{
	Print(1, string("2345"), 1.1);
	return 0;
}

它的本质其实是:编译器在编译时会实例化出下面这样的函数:

template
const T& GetArg(const T& x)
{
	cout << x << " ";
	return x;
}
template
void Arguments(Args... args)
{}
template
void Print(int x,string y,double z)
{
	Arguments(GetArg(x),GetArg(y),GetArg(z));
}
int main()
{
	Print(1, string("2345"), 1.1);
	return 0;
}

1.4. STL容器中的emplace相关接口函数

C++11标准给STL中的容器新增了emplace版本的插入接口。比如list容器的push_front、push_back和insert,都增加了对应的emplace_front、emplace_back和emplace函数。如下所示:

C++11可变参数模版实例详解

C++11可变参数模版实例详解

注意: emplace系列接口的可变模板参数类型都带有“&&”,这表示的是万能引用,不是右值引用。

emplace系列接口的使用方式

emplace系列接口的使用方式和容器原有的插入接口有些类似,但也有一些不一样的地方。

以list容器的emplace_back和push_back为例:

  • 调用push_back插入元素时,可以传入左值对象或者右值对象,也可以使用列表进行初始化。
  • 调用emplace_back插入元素时,同样可以传入左值对象或者右值对象,但不能使用列表进行初始化。
  • 除此之外,emplace系列接口最大的特点就是:插入元素时可以传入用于构造元素的参数包。

emplace系列接口的意义

由于emplace系列接口的可变模板参数类型都是万能引用,所以既可以接收左值对象,也可以接收右值对象,还能接收参数包。

  • 如果调用emplace系列接口时传入的是左值对象,那么首先得先调用构造函数实例化出一个左值对象,然后在定位new表达式调用构造函数对空间进行初始化时,会匹配到拷贝构造函数。
  • 如果传入的是右值对象,那么会先调用构造函数实例化出一个右值对象,然后定位new表达式调用构造函数时,会匹配到移动构造函数。
  • 如果传入的是参数包,那就可以直接调用函数进行插入,最终在定位new表达式调用构造函数初始化空间时,匹配到的是构造函数。

总结一下:

  • 传入左值对象:构造函数 + 拷贝构造函数
  • 传入右值对象:构造函数 + 移动构造函数
  • 传入参数包:只需要调用构造函数

当然,这里有一个前提:容器中存储的元素对应的类,是一个需要深拷贝的类,并且该类实现了移动构造函数。否则,调用emplace系列接口时,传入左值对象和传入右值对象的效果是一样的——都需要一次构造函数加一次拷贝构造函数。

实际上,emplace系列接口的一部分功能和容器原有的插入接口是重叠的。因为容器原有的push_back、push_front和insert函数也提供了右值引用版本的接口。如果调用这些接口时传入的是右值对象,最终也会调用对应的移动构造函数来移动资源。

emplace接口的意义:

  • emplace系列接口最大的特点是支持传入参数包,用这些参数包直接构造出对象,这样就能减少一次拷贝。这也是为什么有人说emplace系列接口更高效的原因。
  • 但emplace系列接口并不是在所有场景下都比原有的插入接口高效。如果传入的是左值对象或右值对象,效率和原有的插入接口是一样的。
  • emplace系列接口真正高效的情况是传入参数包的时候——直接通过参数包构造出对象,避免了中途的一次拷贝。

验证

要验证上面的说法,需要一个深拷贝的类。下面模拟实现了一个简化版的string类,只写了我们需要的成员函数:

namespace xxhh
{
	class string
	{
	public:
		//构造函数
		string(const char* str = "")
		{
			cout << "string(const char* str) -- 构造函数" << endl;
			_size = strlen(str); //初始时,字符串大小设置为字符串长度
			_capacity = _size; //初始时,字符串容量设置为字符串长度
			_str = new char[_capacity + 1]; //为存储字符串开辟空间(多开一个用于存放'\0')
			strcpy(_str, str); //将C字符串拷贝到已开好的空间
		}
		//交换两个对象的数据
		void swap(string& s)
		{
			//调用库里的swap
			::swap(_str, s._str); //交换两个对象的C字符串
			::swap(_size, s._size); //交换两个对象的大小
			::swap(_capacity, s._capacity); //交换两个对象的容量
		}
		//拷贝构造函数(现代写法)
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			cout << "string(const string& s) -- 拷贝构造" << endl;
			string tmp(s._str); //调用构造函数,构造出一个C字符串为s._str的对象
			swap(tmp); //交换这两个对象
		}
		//移动构造
		string(string&& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			cout << "string(string&& s) -- 移动构造" << endl;
			swap(s);
		}
		//拷贝赋值函数(现代写法)
		string& operator=(const string& s)
		{
			cout << "string& operator=(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
			string tmp(s); //用s拷贝构造出对象tmp
			swap(tmp); //交换这两个对象
			return *this; //返回左值(支持连续赋值)
		}
		//移动赋值
		string& operator=(string&& s)
		{
			cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动赋值" << endl;
			swap(s);
			return *this;
		}
		//析构函数
		~string()
		{
			//delete[] _str;  //释放_str指向的空间
			_str = nullptr; //及时置空,防止非法访问
			_size = 0;      //大小置0
			_capacity = 0;  //容量置0
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};
}

因为我们在string的构造函数、拷贝构造函数和移动构造函数中都打印了提示语句,所以可以通过控制台输出来判断这些函数有没有被调用。

下面用一个容器来存储这个模拟的string,并以不同的传参形式调用emplace系列函数:

#include
int main()
{
	list> mylist;
	pair kv(1, "one");
	mylist.emplace_back(kv);                              //传左值
	cout << endl;
	mylist.emplace_back(pair(2, "two")); //传右值
	cout << endl;
	mylist.emplace_back(3, "three");                      //传参数包
	return 0;
}

C++11可变参数模版实例详解

本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
作者最新文章
编程开发
相关文章 更多
JM漫画app最新版使用指南:离线阅读与隐藏功能设置
JM漫画app最新版使用指南:离线阅读与隐藏功能设置

JM漫画app最新版入口是https://www.jmmanhua.top/,这里有免费观看、离线下载及极简操作优势。针对隐私保护需求,详细解析在设置中通过“隐私设置”与“我收藏的漫画”界面实现内容完全隐藏的具体步骤。同时解答新手关于操作流程、离线功能及适用性的常见疑问,帮助用户快速上手并享受无广告干扰的阅读体验。

漫蛙3Manwa3下载与使用指南:离线缓存、韩漫阅读及多端同步教程
漫蛙3Manwa3下载与使用指南:离线缓存、韩漫阅读及多端同步教程

面向希望获取丰富漫画资源并实现离线阅读的移动端用户,漫蛙3Manwa3(https://www.manwamh.top/)提供快速更新与多设备支持。针对网络不稳定或流量受限痛点,本文详解官方正版下载后的核心操作:包括通过详情页批量缓存章节、利用关键词与榜单精准检索韩漫、切换横竖屏及夜间模式优化体验,以及账号登录实现跨安卓设备进度同步,帮助用户高效管理本地资源库。

漫蛙漫画网页版使用指南:在线阅读与韩漫观看教程
漫蛙漫画网页版使用指南:在线阅读与韩漫观看教程

面向二次元漫画爱好者,漫蛙漫画(https://www.manwamh.top/)提供丰富的全彩漫画资源及多国语言阅读支持。针对用户寻找稳定入口、高效检索及舒适阅读的需求,本文介绍漫蛙漫画的线路选择、防走失网址收藏方法,详解从“最近更新”查找韩漫、一键搜索到离线下载的操作流程,并涵盖日间/夜间模式切换、书架管理等新手必备技巧,帮助用户快速上手享受流畅的追漫体验。

漫蛙Manwa3最新版1.1.21下载与使用指南
漫蛙Manwa3最新版1.1.21下载与使用指南

漫蛙Manwa3 APP最新版下载地址:https://www.manwamh.top/,这里包含核心功能与操作流程。针对账号注册、VIP开通及阅读设置等关键环节,本文详细梳理了从手机号注册登录、浏览热门榜单到开启高清无广告阅读的具体步骤。涵盖多语言切换、云同步、断点续传及多种阅读模式调整方法,帮助用户快速掌握软件用法,享受流畅的追漫体验。

islide侧边关了怎么打开侧边栏恢复教程
islide侧边关了怎么打开侧边栏恢复教程

iSlide设计工具侧边栏不见了怎么办?本教程详解在Windows版PPT中通过【设计工具】按钮恢复侧边栏的方法,涵盖面板拖拽、模块隐藏检查及插件加载异常的处理,同时提供macOS用户的使用指引。

Flutter状态管理框架有哪些?常用框架选择指南
Flutter状态管理框架有哪些?常用框架选择指南

全面盘点Flutter主流状态管理框架,深度解析Provider、Riverpod、Bloc与GetX的核心机制、优缺点及适用场景,提供系统化的状态管理选型指南。

netlimiter使用教程详解软件设置方法与操作步骤
netlimiter使用教程详解软件设置方法与操作步骤

新手入门 NetLimiter 必读指南。详解 Activity 实时监控、DL/UL Limit 限速设置、Blocker 阻止规则及 Stats 流量统计功能。图文结合展示规则编辑器操作,助你轻松管理 Windows 应用网络带宽。

linux复制文件并改名命令及操作示例
linux复制文件并改名命令及操作示例

在Linux系统中,复制文件并改名并没有单独的独立命令,而是通过标准复制命令cp在指定目标路径时直接写上新文件名来完成。本文详解cp命令复制并重命名的操作语法、同目录与跨目录示例、常用安全参数及目录复制实践。

blender导出动画贴图怎么设置的详细教程
blender导出动画贴图怎么设置的详细教程

学习如何将Blender中的动态材质导出为图片序列。涵盖输出路径设置、PNG格式选择、帧范围确认及Image Sequence贴图的重新载入方法,适合需要保留透明通道或后期处理的动画贴图工作流。

锁屏启动安装配置要求是什么及安装前检查方法
锁屏启动安装配置要求是什么及安装前检查方法

想在iPhone或iPad上实现锁屏一键直达?本文详解“锁屏启动”的安装前检查清单、系统权限配置步骤及小组件添加方法,解决组件不显示、点击无反应等常见问题,确保快捷指令、网页和App快速启动。

查看更多
精品专题 更多
装机必备
装机必备

正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

Windows
Windows

正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

PDF教程
PDF教程

正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

Mac软件 更多
Postman macOS版
Postman macOS版
Mac

Postman是一套面向API全生命周期的开发与测试平台,可在Mac上发送和调试多种协议请求,管理集合、环境及认证信息,并完成脚本测试、模拟服务、监控、文档发布和团队协作。它适合开发、测试及运维人员使用,提供个人免费方案。

Docker Desktop macOS版
Docker Desktop macOS版
Mac

Docker Desktop 是 Docker 官方为 Mac 提供的容器开发环境,集成 Docker Engine、命令行工具、Compose、Build、Kubernetes 与图形化管理界面。

Android Studio macOS版
Android Studio macOS版
Mac

Android Studio 是 Google 面向安卓应用开发提供的官方集成开发环境,基于 IntelliJ IDEA 构建。它整合智能代码编辑、Gradle 构建、界面预览、设备模拟、性能分析、调试测试及 APK 分析等工具。

WINDOWS 更多
PixPix 网页版
PixPix 网页版
Windows

PixPix 是面向品牌、卖家和内容团队的在线 AI 图片视频创作平台,提供图视频 Agent、无限画布、图片生成、视频生成、自然语言编辑及商品套图、产品精修和带货视频等电商工具。

Postman Windows版
Postman Windows版
Windows

Postman 是面向 API 全生命周期的开发与协作平台。Windows 桌面版可用于构建和发送 HTTP、GraphQL、gRPC、WebSocket、MQTT 等请求,并提供环境变量、集合、脚本测试、模拟服务、监控、文档及团队工作区等

Docker Desktop Windows版
Docker Desktop Windows版
Windows

Docker Desktop 为 Windows 开发者提供集成式容器环境,内置 Docker Engine、命令行工具、Compose、Build 与 Kubernetes 等组件,可在本机完成镜像构建、容器运行、日志查看和资源管理。