C++可变参数模板(variadic template)详细介绍及代码举例

C++可变参数模板(variadic template)详细介绍及代码举例

C++11 语言核心的改进中，最为关注的有 rvalue reference，lambda，variadic template。rvalue 规则稍微复杂，但一旦理解和记住了，应用上就没有什么困难。lambda 其实是一个“很自然”的语言设施，除了语法稍显诡异之外，习惯了就能马上用上，而且是能广泛用上的好东西。variadic template 这个新特性不像前两者，它本身的语法规则并不复杂，但是应用的时候确比较费脑子，好在这个技术主要是用在库的实现中，一个实现得好的库，并不会让我们对实现的细节作任何的要求。可变参数模板（variadic template）特性本身是一个很自然的需求，它完善了 C++ 的模板设计手段。原来的模板参数可以使类和函数的参数类型“任意化”，如果再加上“参数个数的任意化”，那么在参数方面的设计手段就基本上齐备了，有了variadic template 显然可以让设计出来的函数或是类有更大的复用性。因为有很多处理都是与“处理对象的个数”关系不大的，比如说打屏（printf），比如说比较大小（max，min），比如函数绑定子（bind，function要对应各种可能的函数就要能“任意”参数个数和类型）。如果不能对应任意个参数，那么就总会有人无法重用已有的实现，而不得不再重复地写一个自己需要的处理，而共通库的实现者为了尽可能地让自己写的类（函数）能复用在更多的场景，也不得不重复地写很多的代码或是用诡异的技巧，宏之类的去实现有限个“任意参数”的对应。（像TR1中的 bind 等）。

一、C++可变参数模板(variadic template)基本语法

声明一个带有可变参数个数的模板的语法如下所示：

template<typename Element> class tuple;

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

在模板参数 Element 左边出现省略号 ... ，就是表示 Element 是一个模板参数包（template type parameter pack）。parameter pack（参数包）是新引入 C++ 中的概念，比如在这个例子中，Element 表示是一连串任意的参数打成的一个包。比如第2行中，Element 就是 int, string这个参数的合集。不仅“类型”的模板参数（也就是typename定义的参数）可以这样做，非类型的模板参数也可以这样做。比如下面这个例子：

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

class array { /**/ };

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

现在我们知道parameter pack了，怎么在程序中真正具体地去处理打包进来的“任意个数”的参数呢？我原来以为，编译器会提供一些像get_param<1>

(Element) 之类的内建的“参数抽取函数”给程序员使用结果不是！！看来我的思路还是太“过程式了”。其实 C++11 用的是 unpack 和类似函数重载似的“模板特化”来抽取参数的。这是应用 variadic tempate 最“坑爹”的部分，因为它要求对“递归”和“人肉代码展开”有一定的功力啊。还是看例子吧：

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行声明了一个可以对应任意参数的tuple类，第2行到7行声明了这个类的一个部分特化，注意，这就是抽取参数的典型方法了。

只说明一下针对 parameter pack 相对的另一个概念，模板参数后面带省略号 ... 就是一个解包（unpack），会把这个参数所表示的参数列表解开后去匹配新的模板，或是进行模板展开。

二、C++可变参数模板举例

新的标准库里，有很多个库都直接依赖于 variadic template 这个语言特性，比如，tuple，bind，function。但他们比较复杂，也不够“惊艳”。C++ 老爸的 C++11 的 FQA 和 Wikipedia 的例子都是“类型安全”的printf.

C++可变参数模板实例代码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++可变参数模板实例代码2

/*
* g++ myPrintf.cpp -o myPrintf -std=c++0x -Wall
* 来源: 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...); // 即便 *s == 0 的时候，也调用，以便用于检测多余的参数。
return;
}
}
std::cout << *s++;
}
throw std::logic_error("extra arguments provided to myPrintf");
}
int main ( )
{
// 每一个百分号，输出一个参数
myPrintf( "a%bcde%fghij%kl%mn\n", 12, "interesting", 8421, "very_interesing" );
return EXIT_SUCCESS;
}

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