C++可變參數模板(variadic template)詳細介紹及代碼舉例

C++可變參數模板(variadic template)詳細介紹及代碼舉例

C++11 語言核心的改進中，最爲關注的有 rvalue reference，lambda，variadic template。rvalue 規則稍微複雜，但一旦理解和記住了，應用上就沒有什麼困難。lambda 實際上是一個「很天然」的語言設施，除了語法稍顯詭異以外，習慣了就能立刻用上，並且是能普遍用上的好東西。variadic template 這個新特性不像前二者，它自己的語法規則並不複雜，可是應用的時候確比較費腦子，好在這個技術主要是用在庫的實現中，一個實現得好的庫，並不會讓咱們對實現的細節做任何的要求。可變參數模板（variadic template）特性自己是一個很天然的需求，它完善了 C++ 的模板設計手段。原來的模板參數可使類和函數的參數類型「任意化」，若是再加上「參數個數的任意化」，那麼在參數方面的設計手段就基本上齊備了，有了variadic template 顯然可讓設計出來的函數或是類有更大的複用性。由於有不少處理都是與「處理對象的個數」關係不大的，好比說打屏（printf），好比說比較大小（max，min），好比函數綁定子（bind，function要對應各類可能的函數就要能「任意」參數個數和類型）。若是不能對應任意個參數，那麼就總會有人沒法重用已有的實現，而不得再也不重複地寫一個本身須要的處理，而共通庫的實現者爲了儘量地讓本身寫的類（函數）能複用在更多的場景，也不得不重複地寫不少的代碼或是用詭異的技巧，宏之類的去實現有限個「任意參數」的對應。（像TR1中的 bind 等）。

1、C++可變參數模板(variadic template)基本語法

聲明一個帶有可變參數個數的模板的語法以下所示：

template<typename Element> class tuple;

tuple<int, string> a;  // use it like this

在模板參數 Element 左邊出現省略號 ... ，就是表示 Element 是一個模板參數包（template type parameter pack）。parameter pack（參數包）是新引入 C++ 中的概念，好比在這個例子中，Element 表示是一連串任意的參數打成的一個包。好比第2行中，Element 就是 int, string這個參數的合集。不只「類型」的模板參數（也就是typename定義的參數）能夠這樣作，非類型的模板參數也能夠這樣作。好比下面這個例子：

template<typename T, unsigned PrimaryDimesion, unsigned.. Dimesions>

class array { /**/ };

array<double, 3, 3> rotation_matrix; //3x3 ratiation matrix

如今咱們知道parameter pack了，怎麼在程序中真正具體地去處理打包進來的「任意個數」的參數呢？我原來覺得，編譯器會提供一些像get_param<1>

(Element) 之類的內建的「參數抽取函數」給程序員使用結果不是！！看來個人思路仍是太「過程式了」。其實 C++11 用的是 unpack 和相似函數重載似的「模板特化」來抽取參數的。這是應用 variadic tempate 最「坑爹」的部分，由於它要求對「遞歸」和「人肉代碼展開」有必定的功力啊。仍是看例子吧：

template<typename... Elements> class tuple;

template<typename Head, typename... Tail>

class tuple<Head, Tail...> : private tuple<Tail...> {

   Head head;

public:

   /* implementation */

};

template<>

class tuple<> {

   /* zero-tuple implementation */

};

第1行聲明瞭一個能夠對應任意參數的tuple類，第2行到7行聲明瞭這個類的一個部分特化，注意，這就是抽取參數的典型方法了。

只說明一下針對 parameter pack 相對的另外一個概念，模板參數後面帶省略號 ... 就是一個解包（unpack），會把這個參數所表示的參數列表解開後去匹配新的模板，或是進行模板展開。

2、C++可變參數模板舉例

 新的標準庫裏，有不少個庫都直接依賴於 variadic template 這個語言特性，好比，tuple，bind，function。但他們比較複雜，也不夠「驚豔」。C++ 老爸的 C++11 的 FQA 和 Wikipedia 的例子都是「類型安全」的printf.

C++可變參數模板實例代碼1

void printf(const char *s)
{
    while (*s) {
        if (*s == '%') {
            if (*(s + 1) == '%') {
                ++s;
            }
            else {
                throw std::runtime_error("invalid format string: missing arguments");
            }
        }
        std::cout << *s++;
    }
}
template<typename T, typename... Args>
void printf(const char *s, T value, Args... args)
{
    while (*s) {
        if (*s == '%') {
            if (*(s + 1) == '%') {
                ++s;
            }
            else {
                std::cout << value;
                // call even when *s == 0 to detect extra arguments
                printf(s + 1, args...);
                return;
            }
        }
        std::cout << *s++;
    }
    throw std::logic_error("extra arguments provided to printf");
}

C++可變參數模板實例代碼2

/*
 *       g++ myPrintf.cpp -o myPrintf -std=c++0x -Wall
 *       來源:  169it
 */
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <stdexcept>
void myPrintf(const char * s)
{
    while (*s)
    {
        if (*s == '%')
        {
            if (*(s + 1) == '%')
            {
                ++s;
            }
            else
            {
                throw std::runtime_error("invalid format string: missing arguments");
            }
        }
        std::cout << *s++;
    }
}
template<typename T, typename... Args>
void myPrintf(const char * s, T value, Args... args)
{
    while (*s)
    {
        if (*s == '%')
        {
            if (*(s + 1) == '%')
            {
                ++s;
            }
            else
            {
                std::cout << value;
                myPrintf(s + 1, args...); // 即使 *s == 0 的時候，也調用，以便用於檢測多餘的參數。
                return;
            }
        }
        std::cout << *s++;
    }
    throw std::logic_error("extra arguments provided to myPrintf");
}
int main ( )
{
    // 每個百分號，輸出一個參數
    myPrintf( "a%bcde%fghij%kl%mn\n", 12, "interesting", 8421, "very_interesing" );
    return EXIT_SUCCESS;
}

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