【C++】C++11可变参数模板

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目录

前言

可变参数模板的定义方式

可变参数模板的使用 

编译时递归展开参数包

可变参数模板的应用：emplace系列函数

对比emplace_back与push_back

emplace系列真正的优势在于浅拷贝的类

总结

List类增添模拟实现emplace系列函数

构造

emplace_back()

emplace()

前言

其实我们之前经常使用可变参数模板，C语言的printf函数大家一定非常熟悉，其实这就是一种可变参数模板：

那么在C++11引入可变参数模板的设计可以带来什么变化呢？让我们一起来学习下吧！ 

欢迎大家📂收藏📂以便未来做题时可以快速找到思路，巧妙的方法可以事半功倍。 

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GITEE相关代码：🌟樊飞 (fanfei_c) – Gitee.com🌟

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可变参数模板的定义方式

template<class ...Args>
返回类型 函数名(Args... args)
{
  //函数体
}

例如：

// 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)
{}

• 模板参数Args前面有『 省略号』，代表它是一个可变模板参数，我们把带省略号的参数称为参数包，参数包里面可以包含0到任意个模板参数，而args则是一个函数形参参数包。
• 模板参数包Args和函数形参参数包args的名字可以任意指定，并不是说必须叫做Args和args，判断是否为参数包的主要关键在『 省略号』。

可变参数模板的使用 

此时我们可以传入任意多个参数了，并且这些参数可以是不同类型的：

int main()
{
    ShowList();
    ShowList(1);
    ShowList(1, 'A');
    ShowList(1, 'A', string("hello"));
    return 0;
}

我们可以在函数模板中通过sizeof计算参数包中参数的个数：

template<class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{
    cout << sizeof...(args) << endl; //获取参数包中参数的个数
}

但是，我们如何解析参数包中的内容呢？

我们可不可以这样获取？

template<class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{

    for (int i = 0; i < sizeof...(args); i++)
    {
        cout << args[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

答案是不可以！

注意：可变参数模板，既然是模板就是编译时解析，就不能使用如上这种运行时解析的逻辑获取。

因此要获取参数包中的各个参数，可以通过『 编译时递归』的方式解析数据。

编译时递归展开参数包

如何实现编译时递归呢？那肯定是利用编译器的解析机制，我们给函数模板增加一个模板参数，每次从接收到的参数包中剥离出来一个参数，然后在函数模板中递归调用该函数模板，调用时传入剩下的参数包，如此递归下去，每次剥离出参数包中的一个参数，直到参数包中的所有参数都被取出来。

比如：

//展开函数
template<class T, class ...Args>
void _ShowList(T value, Args... args)
{
	cout << value << " "; 
	_ShowList(args...);//递归
}

那么如何终止递归呢？

我们每次都剥离下一个参数，最后必然就没有参数了，那么根据编译器的『最匹配原则 』，我们可以实现一个『 无参』的递归终止函数：

//递归终止函数
void _ShowList()
{
	cout << endl;
}
//展开函数
template<class T, class ...Args>
void _ShowList(T value, Args... args)
{
	cout << value << " ";
	_ShowList(args...);    //递归
}

然后再封装起来如下：

//递归终止函数
void _ShowList()
{
	cout << endl;
}
//展开函数
template<class T, class ...Args>
void _ShowList(T value, Args... args)
{
	cout << value << " "; //打印传入的若干参数中的第一个参数
	_ShowList(args...); //将剩下参数继续向下传
}
//供外部调用的函数
template<class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{
	_ShowList(args...);
}

这种『 编译时递归』的思想可谓是非常新奇，值得我们学习。

可变参数模板的应用：emplace系列函数

对比emplace_back与push_back

还记得么？

&&这里为万能引用，不是单纯的右值引用。

 相对于push_back，emplace_back支持万能引用和可变参数模板。

他们都是尾插『 一个』数据，注意这里不要看可变参数模板就以为是插入几个值，这里是『 类型』。

对比push_back与emplace_back：

int main()
{
	std::list<pair<F::string, F::string>> lt2;
	pair<F::string, F::string> kv1("xxxx", "yyyy");
	lt2.push_back(kv1);
	lt2.push_back(move(kv1));
	cout << "=============================================" << endl;

	pair<F::string, F::string> kv2("xxxx", "yyyy");
	lt2.emplace_back(kv2);
	lt2.emplace_back(move(kv2));
	cout << "=============================================" << endl;

	return 0;
}

对比发现也没有区别？

其实emplace_back和push_back真正的区别在于：

push_back需要先用参数构造pair这个对象，然后再将这个对象拷贝给链表节点中的pair；

而emplace_back是直接拿着参数去构造链表节点中的pair，中间省略了拷贝的过程；

比如：

int main()
{
	std::list<pair<F::string, F::string>> lt2;
	pair<F::string, F::string> kv1("xxxx", "yyyy");
	lt2.push_back(kv1);
	lt2.push_back(move(kv1));
	cout << "=============================================" << endl;

	pair<F::string, F::string> kv2("xxxx", "yyyy");
	lt2.emplace_back(kv2);
	lt2.emplace_back(move(kv2));
	cout << "=============================================" << endl;

	lt2.emplace_back("xxxx", "yyyy");
	cout << "=============================================" << endl;
	return 0;
}

emplace系列真正的优势在于浅拷贝的类

因为对于深拷贝的且实现了移动构造的类来说，移动构造代价很小，emplace的优势显现不出来。

比如：

int main()
{
	std::list<F::string> lt1;
	lt1.push_back("xxxx");

	cout << "=============================================" << endl;

	lt1.emplace_back("xxxx");
	return 0;
}

emplace真正的优势在于浅拷贝的类，可以节省一个拷贝过程：

比如日期类：

class Date
{
public:
	//构造
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
	}
	//拷贝构造
	Date(const Date& d)
		:_year(d._year)
		, _month(d._month)
		, _day(d._day)
	{
		cout << "Date(const Date& d)" << endl;
	}
private:
	int _year = 1;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
};

同样尾插：

int main()
{
	std::list<Date> lt1;
	lt1.push_back({ 2024,3,30 });
	cout << "=============================================" << endl;
	lt1.emplace_back(2024, 3, 30);
	return 0;
}

注意：push_back支持initializer_list作为参数是因为push_back的参数就是模板类型，所以他知道插入的对象是Date类型，就直接走多参数的隐式类型转换构造一个Date对象了，而emplace不支持initializer_list作为构造参数，因为emplace需要可变参数模板去底层构造list节点，你放到initializer_list中就相当于把参数又封装起来了：

int main()
{
	std::list<Date> lt1;
	lt1.push_back({ 2024,3,30 });

	// 不支持
	//lt1.emplace_back({ 2024,3,30 });

	// 正确写法
	lt1.emplace_back(2024, 3, 30);

	return 0;
}

如果给emplace的参数是现成的对象（不管有名对象还是匿名对象），那emplace就没有任何优势了：

int main()
{
	std::list<Date> lt1;

	Date d1(2023, 1, 1);
	lt1.push_back(d1);
	lt1.emplace_back(d1);

	cout << "=============================================" << endl;

	lt1.push_back(Date(2023, 1, 1));
	lt1.emplace_back(Date(2023, 1, 1));
	return 0;
}

总结

• emplace系列接口使用需要直接传入参数包才能体现emplace接口的价值与意义，因为emplace系列接口真正高效的情况是传入参数包的时候，直接通过参数包构造出对象，避免了中途的一次拷贝。
• 所以emplace系列接口并不是在所有场景下都比原有的插入接口高效，如果传入的是对象（不管有名还是匿名），那么emplace系列接口的效率其实和原有的插入接口的效率是一样的。
• 以上两条告诉我们：以后使用emplace就直接传参数包，不要构造了对象后再将该对象作为参数传给emplace，直接传参数包才是emplace存在的价值和意义。
• 并且emplace系列接口对于深拷贝的且实现了移动构造的类意义不大，因为移动构造的代价很小，emplace带来的效率提升并不会很明显，emplace系列接口对于浅拷贝的类可以节省拷贝（拷贝代价高，并且浅拷贝的类没有移动构造），所以emplace对于浅拷贝的类插入提升很明显。

List类增添模拟实现emplace系列函数

构造

template<class ...Args>
ListNode(Args&&... args)
    : _next(nullptr)
    , _prev(nullptr)
    , _data(forward<Args>(args)...)
{}

emplace_back()

template<class ...Args>
void emplace_back(Args&&... args)
{
    emplace(end(), forward<Args>(args)...);
}

emplace()

template<class ...Args>
iterator emplace(iterator pos, Args&&... args)
{
    Node* cur = pos._node;
    Node* prev = cur->_prev;
    Node* newnode = new Node(forward<Args>(args)...);

    prev->_next = newnode;
    newnode->_prev = prev;
    newnode->_next = cur;
    cur->_prev = newnode;

    //return iterator(newnode);
    return newnode;
}

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