前言

可變參數模板（variadic templates）是C++11新增的強大的特性之一，它對模板參數進行了高度泛化，能表示0到任意個數、任意類型的參數。相比C++98/03這些類模版和函數模版中只能含固定數量模版參數的“老古董”，可變模版參數無疑是一個巨大的進步。

如果是剛接觸可變參數模板可能會覺得比較抽象，使用起來會不太順手，使用可變參數模板時通常離不開模板參數的展開，所以本文來列舉一些常用的模板展開方式，幫助我們來對可變參數模板有一個初步的了解。

可變參數模板的定義

可變參數模板和普通模板的定義類似，在寫法上需要在 typename 或 class 后面帶上省略號...，以下為一個常見的可變參數函數模板：

template 
void func(T... args)
{
    //...
}

上面這個函數模板的參數 args 前面有省略號，所以它就是一個被稱為模板參數包（template parameter pack）的可變模版參數，它里面包含了0到N個模版參數，而我們是無法直接獲取 args 中的每個參數的，只能通過展開參數包的方式來獲取參數包中的每個參數，這也是本文要重點總結的內容。

參數包的展開

參數包展開的方式隨著c++語言的發展也在與時俱進，我們以實現一個可變參格式化打印函數為例，列舉一些常用的方式：

遞歸函數方式展開

#include 
void FormatPrint()
{
    std::cout << std::endl;
}
template 
void FormatPrint(T first, Args... args)
{
   std::cout << "[" << first << "]";
   FormatPrint(args...);
}
int main(void)
{
   FormatPrint(1, 2, 3, 4);
   FormatPrint("good", 2, "hello", 4, 110);
   return 0;
}

這種遞歸展開的方式與遞歸函數的定義是一樣的，需要遞歸出口和不斷調用自身，仔細看看這個函數模板是不是都滿足啦？遞歸出口就是這個無模板參數的 FormatPrint，并且在有參模板中一直在調用自身，遞歸調用的過程時這樣的 FormatPrint(4,3,2,1) -> FormatPrint(3,2,1) -> FormatPrint(2,1) -> FormatPrint(1) -> FormatPrint()，輸出內容如下：

>albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testtemplate$ g++ testtemplate.cpp --std=c++11
albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testtemplate$ ./a.out
[1][2][3][4]
[good][2][hello][4][110]

逗號表達式展開

#include 
template 
void FormatPrint(Args... args)
{
   (void)std::initializer_list{ (std::cout << "[" << args << "]", 0)... };
   std::cout << std::endl;
}

int main(void)
{
   FormatPrint(1, 2, 3, 4);
   FormatPrint("good", 2, "hello", 4, 110);
   return 0;
}

這種方式用到了C++11的新特性初始化列表（Initializer lists）以及很傳統的逗號表達式，我們知道逗號表達式的優先級最低，(a, b) 這個表達式的值就是 b，那么上述代碼中(std::cout << "[" << args << "]", 0)這個表達式的值就是0，初始化列表保證其中的內容從左往右執行，args參數包會被逐步展開，表達式前的(void)是為了防止變量未使用的警告，運行過后我們就得到了一個N個元素為0的初始化列表，內容也被格式化輸出了：

albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testtemplate$ g++ testtemplate.cpp --std=c++11
albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testtemplate$ ./a.out
[1][2][3][4]
[good][2][hello][4][110]

說到這順便提一下，可以使用sizeof...(args)得到參數包中參數個數。

enable_if方式展開

#include 
#include 
#include 
template
typename std::enable_if::value>::type FormatTuple(const tup& t)
{
    std::cout << std::endl;
}
template
typename std::enable_if::value>::type FormatTuple(const tup& t){
    std::cout << "[" << std::get(t) << "]";
    FormatTuple(t);
}
template
void FormatPrint(Args... args)
{
    FormatTuple(std::make_tuple(args...));
}
int main(void)
{
   FormatPrint(1, 2, 3, 4);
   FormatPrint("good", 2, "hello", 4, 110);
   return 0;
}

C++11的enable_if常用于構建需要根據不同的類型的條件實例化不同模板的時候。顧名思義，當滿足條件時類型有效?？勺鳛檫x擇類型的小工具，其廣泛的應用在 C++ 的模板元編程（meta programming）之中，利用的就是SFINAE原則，英文全稱為Substitution failure is not an error，意思就是匹配失敗不是錯誤，假如有一個特化會導致編譯時錯誤，只要還有別的選擇，那么就無視這個特化錯誤而去選擇另外的實現，這里的特化概念不再展開，感興趣可以自行了解，后續可以單獨總結一下。

在上面的代碼實現中，基本思路是先將可變模版參數轉換為std::tuple，然后通過遞增參數的索引來選擇恰當的FormatTuple函數，當參數的索引小于tuple元素個數時，會不斷取出當前索引位置的參數并輸出，當參數索引等于總的參數個數時調用另一個模板重載函數終止遞歸，編譯運行輸入以下內容：

albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testtemplate$ g++ testtemplate.cpp --std=c++11
albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testtemplate$ ./a.out
[1][2][3][4]
[good][2][hello][4][110]

折疊表達式展開（c++17）

#include 
template
void FormatPrint(Args... args)
{
    (std::cout << ... << args) << std::endl;
}
int main(void)
{
   FormatPrint(1, 2, 3, 4);
   FormatPrint("good", 2, "hello", 4, 110);
   return 0;
}

折疊表達式（Fold Expressions）是C++17新引進的語法特性，使用折疊表達式可以簡化對C++11中引入的參數包的處理，可以在某些情況下避免使用遞歸，更加方便的展開參數，如上述代碼中展示的這樣可以方便的展開參數包，不過輸出的內容和之前的有些不一樣：

albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testtemplate$ g++ testtemplate.cpp --std=c++17
albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testtemplate$ ./a.out
1234
good2hello4110

對比結果發現缺少了格式化的信息，需要以輔助函數的方式來格式化：

#include 
template
string format(T t) {
    std::stringstream ss;
    ss << "[" << t << "]";
    return ss.str();
}
template
void FormatPrint(Args... args)
{
    (std::cout << ... << format(args)) << std::endl;
}
int main(void)
{
   FormatPrint(1, 2, 3, 4);
   FormatPrint("good", 2, "hello", 4, 110);
   return 0;
}

這次格式化內容就被加進來了：

albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testtemplate$ g++ testtemplate.cpp --std=c++17
albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testtemplate$ ./a.out
[1][2][3][4]
[good][2][hello][4][110]

這樣好像還是有點麻煩，我們可以把折疊表達式和逗號表達式組合使用，這樣得到的代碼就簡單多啦，也能完成格式化輸出的任務：

#include 
template
void FormatPrint(Args... args)
{
    (std::cout << ... << (std::cout << "[" << args, "]")) << std::endl;
}
int main(void)
{
   FormatPrint(1, 2, 3, 4);
   FormatPrint("good", 2, "hello", 4, 110);
   return 0;
}

總結

Variadic templates 是C++11新增的強大的特性之一，它對模板參數進行了高度泛化Initializer lists 是C++11新加的特性，可以作為函數參數和返回值，長度不受限制比較方便Fold Expressions 是C++17新引進的語法特性，可以方便的展開可變參數模板的參數包可變參數模板的參數包在C++11的環境下，可以利用遞歸、逗號表達式、enable_if等方式進行展開

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