【C++11特性篇】模板的新一力将：可变参数模板 [全解析]

前言

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一.引入：为什么printf可以支持多个参数的输入？————函数的可变参数

• 在我们学习C语言的过程中，我们会发现printf支持如下图所示操作：
  
• 其 底层原理 是： 他会用一个数组把实参存起来，printf会依次访问数组
• 函数的可变参数如下文档所示：
  

二.可变参数模板

【1】基本可变参数的函数模板演示：

• 下面的参数 args 前面有省略号，所以它就是一个 可变模版参数
• 我们把 带省略号的参数称为“参数包” ，它里面包含了0到N（N>=0）个模板参数
• 用可变模版参数的一个主要特点：我们无法直接获取参数包args中的每个参数的，只能通过展开参数包（遍历）的方式来获取参数包中的每个参数【可在第3小点查看详解】
• 虽然 参数包的底层是 ——> 类似数组的形式存储 ，但是语法不支持使用args[i]这样方式获取可变参数【可在第4小点查看详解】

// Args是一个模板参数包，args是一个函数形参参数包
// 声明一个参数包Args...args，这个参数包中可以包含0到任意个模板参数。
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{}

【2】使用：求函数包的大小——>【…语法】

• 代码：sizeof...(args)

void ShowList(Args... args)
{
	cout << sizeof...(args) << endl;
}

【3】使用：递归函数方式展开参数包（遍历/打印）演示：

• 如下面代码所示：要设计两个函数

1. 结束条件的函数
2. 递归函数

分析：

• 我们可以发现，设计的_ShowList函数的参数是(T val, Args… args)
• 我们可以这样理解 ，——> 它把参数包的 第一个 拿了出来当作参数T， 剩下的参数包 再整成另一个新的参数包args…
  

void _ShowList()
{
	// 结束条件的函数————传空
	cout << endl;
}

template <class T, class ...Args>
void _ShowList(T val, Args... args)
{
	cout << val << " ";
	_ShowList(args...);
}

//args代表0-N的参数包
template <class ...Args>
void CppPrint(Args... args)
{
	_ShowList(args...);
}

int main()
{
	CppPrint();
	CppPrint(1);
	CppPrint(1, 2);
	CppPrint(1, 2, 2.2);
	CppPrint(1, 2, 2.2, string("xxxx"));

	// ...

	return 0;
}

【4】使用注意点：参数包（遍历/打印）是不支持类似数组一样的遍历打印方式

• 参数包不支持如下面代码所示，根据其底层是 类似数组的形式 ，下面代码是想利用数组的方式打印

template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{
	cout << sizeof...(args) << endl;

	// 不支持这样打印
	for (size_t i = 0; i < sizeof...(args); i++)
	{
		cout << args[i] << endl;
	}
}

【5】使用："逗号表达式"方式展开参数包（遍历/打印）演示：(看懂即可)

• 我们知道逗号表达式会 按顺序执行逗号前面的表达式
• 函数中的逗号表达式：(printarg(args), 0)，也是按照这个执行顺序，先执行PrintArg(args)，再得到逗号表达式的结果0
• 同时还用到了C++11的另外一个特性——初始化列表， 通过初始化列表来初始化一个变长数组
• {(printarg(args), 0)…}将会展开成((printarg(arg1),0),(printarg(arg2),0), (printarg(arg3),0), etc… ) ，最终会创建一个元素值都为0的数组int arr[sizeof…(Args)]。
• 由于是逗号表达式，在创建数组的过程中会先执行逗号表达式前面的部分printarg(args)打印出参数，也就是说在构造int数组的过程中就将参数包展开了， 这个数组的目的 纯粹是为了在数组构造的过程展开参数包

template <class T>
void PrintArg(T t)
{
 cout << t << " ";
}
//展开函数
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{
 int arr[] = { (PrintArg(args), 0)... };
 cout << endl;
}
int main()
{
 ShowList(1);
 ShowList(1, 'A');
 ShowList(1, 'A', std::string("sort"));
 return 0;
}

【6】使用：一般（遍历/打印）展开参数包的最常用方式——>【…语法】

• 用如下面代码所示构建数组即可：int a[] = { PrintArg(args)...};

void CppPrint()//单独讨论参数为空的清空
{
	cout << endl;
}

template <class T>
int PrintArg(T t)
{
	cout << t << " ";

	return 0;
}

//args代表0-N的参数包
template <class ...Args>
void CppPrint(Args... args)
{
	int a[] = { PrintArg(args)...};
	cout << endl;
}

int main()
{
	CppPrint();
	CppPrint(1);
	CppPrint(1, 2);
	CppPrint(1, 2, 2.2);
	CppPrint(1, 2, 2.2, string("xxxx"));

	return 0;
}

三.【可变参数-模板】的优势：——>直接传包，直接构造

【1】简易代码样例——>帮助理解原理

• 先设计一个日期类如下所示：

class Date
{
public:
    Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
        :_year(year)
        , _month(month)
        , _day(day)
    {
        cout << "Date构造" << endl;
    }

    Date(const Date& d)
        :_year(d._year)
        , _month(d._month)
        , _day(d._day)
    {
        cout << "Date拷贝构造" << endl;
    }

private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

• 设计一个可变参数的函数模板Create如下所示：
• Create函数 接收了传入的"参数包" ，再把参数包拿去构造Date对象，如下面代码所示：
• 分别传参有p1，p2，p3，p4等等形式， 有缺省的地方，初始化列表中也会自动调用缺省值
• 这里就体现了 模板调用可变参数的特点： 灵活

template <class ...Args>
Date* Create(Args... args)
{
    Date* ret = new Date(args...);

    return ret;
}

int main()
{
	Date* p1 = Create();
	Date* p2 = Create(2023);
	Date* p3 = Create(2023, 9);
	Date* p4 = Create(2023, 9, 27);//构造

	Date d(2023, 1, 1);
	Date* p5 = Create(d);//拷贝构造

	return 0;
}

【2】实际应用【empalce_back】&【push_back】对比

【1】empalce_back和push_back函数接口的差异

• 我们会发现，这两个函数都是实现尾插功能
• 在C++11中，他们也都支持 万能引用
• 他们最主要的 差异 ：empalce系列函数中参数有——> 可变参数包
  
  

【2】empalce_back和push_back完成尾插的效率对比

• 如下图所示
• emplace系列支持传参数包，如图中所示，都是 直接进行构造
• 而pushback函数，在C++98版本中还是传统的， 先构造再拷贝构造 （部分编译器可能会直接优化成拷贝构造）
• pushback函数，在C++11版本中， 先拷贝构造再进行移动拷贝 （部分编译器可能会直接优化成移动拷贝）
• 但总体而言，直接构造和移动构造在效率上差别不大