C++可变模板详解-优快云博客

https://eli.thegreenplace.net/2014/variadic-templates-in-c/

可变参数

scanf函数和printf函数参数是可变的，可选参数的类型可以变化，可选参数的数量也可变化，可选参数前面必须至少有一个强制参数(确定参数)
声明和定义时，强制参数后面跟着一个省略号…代表可选参数
函数内部，使用stdarg.h头文件中相关结构方法获取参数
va_list类型变量用来接受可变参数列表，va_start宏来初始化va_list变量
va_arg宏和va_list变量来访问参数列表中的每个项
va_end宏清理va_list变量的内存

#include <stdarg.h>

int sum(int num, ...) {
  va_list va;
  va_start(va, num);
  int result = 0;
  for (int i = 0; i < num; ++i) {
    result += va_arg(va, int);
  }
  va_end(va);
  return result;
}

// gcc预处理-E结果
typedef __builtin_va_list __gnuc_va_list;
typedef __gnuc_va_list va_list;

int sum(int num, ...) {
  va_list va;

  __builtin_va_start(va, num);

  int result = 0;
  for (int i = 0; i < num; ++i) {
    result += __builtin_va_arg(va, int);
  }

  __builtin_va_end(va);
  return result;
}

类型不安全，所有类型解析必须在va_arg中使用类型强制转换在运行时显式完成)
正确进行类型解析也很棘手，va_宏执行低级内存操作
把编译时清楚知道的东西留给运行时

可变模板

变量模板是c++ 11的新特性之一
可变模板可以编写函数，以类型安全的方式接受任意数量的参数，并在编译时而不是运行时解析所有参数处理逻辑

#include <iostream>
#include <string>

# 普通模板
template <typename T> T adder(T v) { return v; }

# 可变模板
template <typename T, typename... Args> T adder(T first, Args... args) {
  return first + adder(args...);
}

int main(int argc, char **argv) {
  std::cout << adder(std::string("a"), std::string("b"), std::string("c"))
            << std::endl;
  std::cout << adder(3, 3, 4, 5.1) << std::endl;
  std::cout << adder(3.1, 3, 4, 5) << std::endl;
  return 0;
}

// 运行结果
abc
15
15.1

adder将接受任意数量的参数，只要它可以对参数应用+操作符，就可以正确地编译，编译器在编译时执行此检查，它没有什么神奇之处——它遵循c++通常的模板和重载解析规则
typename... Args称为模板参数包，Args…args被称为函数参数包，可变参数模板的编写方式与编写递归代码一样，需要一个基本情况
输出宏std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << "\n";可以清楚看到Args模板运行时具体情况

简单变化

更有趣例子

template<typename T>
bool pair_comparer(T a, T b) {
  // In real-world code, we wouldn't compare floating point values like
  // this. It would make sense to specialize this function for floating
  // point types to use approximate comparison.
  return a == b;
}

template<typename T, typename... Args>
bool pair_comparer(T a, T b, Args... args) {
  return a == b && pair_comparer(args...);
}

入参必须偶数个，成对类型相同，否则编译时报错

性能与安全

不涉及实际递归，只是在编译时预生成函数调用序列，由于现代编译器积极地内联代码，最终很可能编译成完全没有函数调用的机器码，最终得到的其实和循环展开没什么不同
c风格的可变参数必须在运行时进行解析，va_宏实际上是在操作运行时堆栈，因此可变参数模板通常是对可变参数函数的性能优化
由于是编译时实现，可变参数模板使我们能够编写类型安全的函数

Varidic数据结构

可变参数模板可以定义具有任意数量字段的数据结构，并在每次使用时配置该数量的字段

template <class... Ts> struct tuple {};

template <class T, class... Ts>
struct tuple<T, Ts...> : tuple<Ts...> {
  tuple(T t, Ts... ts) : tuple<Ts...>(ts...), tail(t) {}

  T tail;
};

tuple<double, uint64_t, const char*> t1(12.2, 42, "big");

忽略构造函数，创建的元组结构的伪跟踪

struct tuple<double, uint64_t, const char*> : tuple<uint64_t, const char*> {
  double tail;
}

struct tuple<uint64_t, const char*> : tuple<const char*> {
  uint64_t tail;
}

struct tuple<const char*> : tuple {
  const char* tail;
}

struct tuple {
}

原始的3元素元组中数据成员的布局

[const char* tail, uint64_t tail, double tail]

可变参数vs可变模板巧用

可变参数

可变模板

简单变化

性能与安全

Varidic数据结构