折叠表达式 (fold expression)

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前言

折叠表达式是C++17中引入的一项特性，旨在简化可变参数模板的处理。它允许开发者对模板参数包中的所有元素执行一个给定的操作符，从而将它们“折叠”成单一的值。

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一、基本语法

折叠表达式可分为四种类型：

1. 一元右折叠： ( pack op … )
2. 一元左折叠： ( … op pack )
3. 二元右折叠：( pack op … op init )
4. 二元左折叠： ( init op … op pack )
   op是二元操作符，pack是参数包，init是初始值。

折叠表达式支持所有C++中的二元操作符，包括但不限于：
算术运算符：+, -, *, /, %
逻辑运算符：&&, ||
比较运算符：==, !=, <, >, <=, >=
位运算符：&, |, ^, <<, >>

左折叠从参数包的第一个元素开始处理，而右折叠从最后一个元素开始处理。
带初始值的折叠表达式（二元折叠）提供了额外的灵活性，允许在操作开始或结束时引入一个固定的初始值。

上述几种折叠表达式，展开后解释如下：
1） 一元右折叠 (E op …) 展开后变成：(E1 op (… op (EN-1 op EN)))
2）一元左折叠 (… op E) 展开后变成：(((E1 op E2) op …) op EN)
3）二元右折叠 (E op … op I) 展开后变成：(E1 op (… op (EN−1 op (EN op I))))
4）二元左折叠 (I op … op E) 展开后变成：((((I op E1) op E2) op …) op EN)

二、示例代码

1. 一元左折叠

template<typename... Args>
auto sum(Args... args) {
    return (... + args); // 使用折叠表达式
}

2. 一元右折叠

template<typename... Args>
auto concat_right(Args... args) {
    return (args + ...); // 正确的右折叠示例
}

3. 二元左折叠

#include <iostream>

template<typename T, typename... Args>
auto sum_with_init(T init, Args... args) {
    return (init + ... + args); 
}

int main() {
    auto result = sum_with_init(10, 1, 2, 3, 4); // 初始值为10
    std::cout << "The sum is: " << result << std::endl; // 应该输出20
    return 0;
}

4. 二元右折叠

#include <iostream>

template<typename... Args>
auto sum_right_fold(Args... args) {
    int init = 0; // 初始值
    return (args + ... + init); // 使用初始值的右折叠
}

int main() {
    auto result = sum_right_fold(1, 2, 3, 4); // 应该计算为 1 + (2 + (3 + (4 + 0)))
    std::cout << "The sum is: " << result << std::endl;

    return 0;
}

三、其他

1. 使用操作符 sizeof… 获取模板参数包args中的参数个数。
   例： sizeof…(args)
2. 二元折叠表达式中的两个op必须相同。
3. 如果初始值 init 是一个包含操作符的表达式，且init中的操作符比折叠表达式中的op优先级高，则 init 要用（）括起来。
   例：(args + … + (1 * 2))

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总结

折叠表达式是C++17标准的一个强大特性，它为模板编程提供了更高效、更简洁的方式来处理可变数量的参数。通过使用折叠表达式，开发者可以轻松实现参数包的累积、逻辑操作等复杂操作，无需依赖于复杂的模板递归或其他技巧。