【C++11特性篇】模板的新一力将:可变参数模板 [全解析]

前言

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目录

  • 一.引入:为什么printf可以支持多个参数的输入?————函数的可变参数
  • 二.可变参数模板
    • 【1】基本可变参数的函数模板演示:
    • 【2】使用:求函数包的大小——>【...语法】
    • 【3】使用:递归函数方式展开参数包(遍历/打印)演示:
    • 【4】使用注意点:参数包(遍历/打印)是不支持类似数组一样的遍历打印方式
    • 【5】使用:"逗号表达式"方式展开参数包(遍历/打印)演示:(看懂即可)
    • 【6】使用:一般(遍历/打印)展开参数包的最常用方式——>【...语法】
  • 三.【可变参数-模板】的优势:——>直接传包,直接构造
    • 【1】简易代码样例——>帮助理解原理
    • 【2】实际应用【empalce_back】&【push_back】对比
      • 【1】empalce_back和push_back函数接口的差异
      • 【2】empalce_back和push_back完成尾插的效率对比

一.引入:为什么printf可以支持多个参数的输入?————函数的可变参数

  • 在我们学习C语言的过程中,我们会发现printf支持如下图所示操作:
    在这里插入图片描述
  • 底层原理 是: 他会用一个数组把实参存起来,printf会依次访问数组
  • 函数的可变参数如下文档所示:
    在这里插入图片描述

二.可变参数模板

【1】基本可变参数的函数模板演示:

  • 下面的参数 args 前面有省略号,所以它就是一个 可变模版参数
  • 我们把 带省略号的参数称为“参数包” ,它里面包含了0到N(N>=0)个模板参数
  • 用可变模版参数的一个主要特点:我们无法直接获取参数包args中的每个参数的,只能通过展开参数包(遍历)的方式来获取参数包中的每个参数【可在第3小点查看详解】
  • 虽然 参数包的底层是 ——> 类似数组的形式存储 ,但是语法不支持使用args[i]这样方式获取可变参数【可在第4小点查看详解】
// 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)
{}

【2】使用:求函数包的大小——>【…语法】

  • 代码:sizeof...(args)
void ShowList(Args... args)
{cout << sizeof...(args) << endl;
}

【3】使用:递归函数方式展开参数包(遍历/打印)演示:

  • 如下面代码所示:要设计两个函数
  1. 结束条件的函数
  2. 递归函数

分析:

  • 我们可以发现,设计的_ShowList函数的参数是(T val, Args… args)
  • 我们可以这样理解 ,——> 它把参数包的 第一个 拿了出来当作参数T, 剩下的参数包 再整成另一个新的参数包args…
void _ShowList()
{// 结束条件的函数————传空cout << endl;
}template <class T, class ...Args>
void _ShowList(T val, Args... args)
{cout << val << " ";_ShowList(args...);
}//args代表0-N的参数包
template <class ...Args>
void CppPrint(Args... args)
{_ShowList(args...);
}int main()
{CppPrint();CppPrint(1);CppPrint(1, 2);CppPrint(1, 2, 2.2);CppPrint(1, 2, 2.2, string("xxxx"));// ...return 0;
}

【4】使用注意点:参数包(遍历/打印)是不支持类似数组一样的遍历打印方式

  • 参数包不支持如下面代码所示,根据其底层是 类似数组的形式 ,下面代码是想利用数组的方式打印
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{cout << sizeof...(args) << endl;// 不支持这样打印for (size_t i = 0; i < sizeof...(args); i++){cout << args[i] << endl;}
}

【5】使用:"逗号表达式"方式展开参数包(遍历/打印)演示:(看懂即可)

  • 我们知道逗号表达式会 按顺序执行逗号前面的表达式
  • 函数中的逗号表达式:(printarg(args), 0),也是按照这个执行顺序,先执行PrintArg(args),再得到逗号表达式的结果0
  • 同时还用到了C++11的另外一个特性——初始化列表, 通过初始化列表来初始化一个变长数组
  • {(printarg(args), 0)…}将会展开成((printarg(arg1),0),(printarg(arg2),0), (printarg(arg3),0), etc… ) ,最终会创建一个元素值都为0的数组int arr[sizeof…(Args)]。
  • 由于是逗号表达式,在创建数组的过程中会先执行逗号表达式前面的部分printarg(args)打印出参数,也就是说在构造int数组的过程中就将参数包展开了, 这个数组的目的 纯粹是为了在数组构造的过程展开参数包
template <class T>
void PrintArg(T t)
{cout << t << " ";
}
//展开函数
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{int arr[] = { (PrintArg(args), 0)... };cout << endl;
}
int main()
{ShowList(1);ShowList(1, 'A');ShowList(1, 'A', std::string("sort"));return 0;
}

【6】使用:一般(遍历/打印)展开参数包的最常用方式——>【…语法】

  • 用如下面代码所示构建数组即可:int a[] = { PrintArg(args)...};
void CppPrint()//单独讨论参数为空的清空
{cout << endl;
}template <class T>
int PrintArg(T t)
{cout << t << " ";return 0;
}//args代表0-N的参数包
template <class ...Args>
void CppPrint(Args... args)
{int a[] = { PrintArg(args)...};cout << endl;
}int main()
{CppPrint();CppPrint(1);CppPrint(1, 2);CppPrint(1, 2, 2.2);CppPrint(1, 2, 2.2, string("xxxx"));return 0;
}

三.【可变参数-模板】的优势:——>直接传包,直接构造

【1】简易代码样例——>帮助理解原理

  • 先设计一个日期类如下所示:
class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1):_year(year), _month(month), _day(day){cout << "Date构造" << endl;}Date(const Date& d):_year(d._year), _month(d._month), _day(d._day){cout << "Date拷贝构造" << endl;}private:int _year;int _month;int _day;
};
  • 设计一个可变参数的函数模板Create如下所示:
  • Create函数 接收了传入的"参数包" ,再把参数包拿去构造Date对象,如下面代码所示:
  • 分别传参有p1,p2,p3,p4等等形式, 有缺省的地方,初始化列表中也会自动调用缺省值
  • 这里就体现了 模板调用可变参数的特点: 灵活
template <class ...Args>
Date* Create(Args... args)
{Date* ret = new Date(args...);return ret;
}int main()
{Date* p1 = Create();Date* p2 = Create(2023);Date* p3 = Create(2023, 9);Date* p4 = Create(2023, 9, 27);//构造Date d(2023, 1, 1);Date* p5 = Create(d);//拷贝构造return 0;
}

【2】实际应用【empalce_back】&【push_back】对比

【1】empalce_back和push_back函数接口的差异

  • 我们会发现,这两个函数都是实现尾插功能
  • 在C++11中,他们也都支持 万能引用
  • 他们最主要的 差异 :empalce系列函数中参数有——> 可变参数包
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

【2】empalce_back和push_back完成尾插的效率对比

  • 如下图所示
  • emplace系列支持传参数包,如图中所示,都是 直接进行构造
  • 而pushback函数,在C++98版本中还是传统的, 先构造再拷贝构造 (部分编译器可能会直接优化成拷贝构造)
  • pushback函数,在C++11版本中, 先拷贝构造再进行移动拷贝 (部分编译器可能会直接优化成移动拷贝)
  • 但总体而言,直接构造和移动构造在效率上差别不大在这里插入图片描述

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