11.4 变参模板

在 C++11 之前，如果你想写一个像 C 语言的 printf 那样接受任意个、不同类型的参数的函数，你只能使用非常不安全的 C 风格可变参数列表（...）加上宏来解析提取。

C++11 引入了现代且类型安全的变参模板（Variadic Templates），它允许模板接受任意数量和任意类型的模板参数组合。

参数包（Parameter Pack）

变参模板的核心语法是引入省略号 ...（称为参数包）。你可以把它看作是一个包裹着很多个类型（或数据）的包裹。

有两处需要使用到 ... 语法结构：

1. typename... Args：定义一个模板参数包（包含不定个数的类型）。
2. Args... args：由模板参数包定义一个函数参数包（代表具体的多个入参的值）。

典型的使用场景：递归解包

如何将我们收到的未知的 n 个参数一个个解开并使用呢？在 C++17 之前，最经典的做法是递归展开。

你需要编写两个函数：

1. 一个基本情况（Base Case）：当包裹里没东西（或者只有一个固定的东西）时如何退出。
2. 一个变参解析模板：剥离出收到的包裹里面的第一个元素来处理，然后把剩余的包裹作为参数再次递归调用自己。

下面我们来实现一个全泛型的连环 print 打印函数：

#include <iostream>

// 1. 无参版本的递归终点：当所有的包解析完后调用
void print() {
    std::cout << "--- 结束打印 ---\n";
}

// 2. 递归解包的变参模板
// 剥离出第一个参数 firstArg（类型为 T），然后把剩下的其他参数保留在 args 包中
template <typename T, typename... Args>
void print(T firstArg, Args... args) {

    std::cout << firstArg << "\n"; // 处理第一个参数

    // 把剩下的包裹自动拆开扔给下一个函数
    print(args...);
}

int main() {
    // 调用它！不论是什么类型、无论给多少个都会被递归正确消化。
    print(1, 2.5, "Hello", 'A');

    // 展开过程：
    // print(1, 2.5, "Hello", 'A')
    //   -> cout << 1; print(2.5, "Hello", 'A')
    //        -> cout << 2.5; print("Hello", 'A')
    //             -> cout << "Hello"; print('A')
    //                  -> cout << 'A'; print()
    //                        -> cout << "--- 结束打印 ---" (调用终点版本)
}

折叠表达式（C++17特性预览）

像上面那样写递归还是有点绕，如果需求比较简单（比如仅仅是累加所有可变参数的和），C++17 引入了超级利器：折叠表达式（Fold Expressions）。它可以直接应用运算符在参数包上进行自动解包叠加，完全抛弃递归。

#include <iostream>

template<typename... Args>
auto sumAll(Args... args) {
    // 语法：(args + ...) 会自动将包里的数据进行：arg1 + arg2 + arg3 ...
    return (args + ...);
}

int main() {
    std::cout << sumAll(1, 2, 3, 4, 5) << "\n";      // 输出 15
    std::cout << sumAll(1.5, 2.5, 3.5) << "\n";      // 输出 7.5
}

在日常业务开发中，我们甚至很少需要由自己手写复杂的变参模板，但在阅读各种现代 C++ 开源项目的底层库（以及标准库里的 std::make_unique 和 std::make_shared 的源码）时，它是满图飞舞的基本功课。使用它编写底层基础设施代码时是非常爽快的体验。