模板多個列表級聯可變引數模板

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普通模板只可以採取固定數量的模板引數。然而，有時候我們希望模板可以接收任意數量的模板引數，這個時候可以採用可變引數模板。對於可變引數模板，其將包含至少乙個模板引數包，模板引數包是可以接收0個或者多個引數的模板引數。相應地，存在函式引數包，意味著這個函式引數可以接收任意數量的引數。

乙個可變引數類模板定義如下：

templateclass tuple
{};

可以用任意數量的型別來例項化tuple：

tuple<> t0;
tuplet1;
tuplet2;
// tuple<0> error; 0 is not a type

如果想避免出現用0個模板引數來例項化可變引數模板，可以這樣定義模板：

templateclass tuple
{};

此時在例項化時，必須傳入至少乙個模板引數，否則無法編譯。同樣地，可以定義接收任意引數的可變引數函式模板：

templatevoid f(types ... args);
// 一些合法的呼叫
f();
f(1);
f(3.4, "hello");

對於類模板來說，可變模板引數包必須是模板引數列表中的最後乙個引數。但是對於函式模板來說，則沒有這個限制，考慮下面的情況：

templateclass invalid
{}; // 這是非法的定義，因為永遠無法推斷出u的型別
templatevoid valid(u u, ts ... args); // 這是合法的，因為可以推斷出u的型別
// void invalid(ts ... args, u u); // 非法的，永遠無法推斷出u
valid(1.0, 1, 2, 3); // 此時，u的型別是double，ts是

無法直接遍歷傳給可變引數模板的不同引數，但是可以借助遞迴的方式來使用可變引數模板。可變引數模板允許建立型別安全的可變長度引數列表。下面定義乙個可變引數函式模板processvalues()，它允許以型別安全的方式接受不同型別的可變數目的引數。函式processvalues()會處理可變引數列表中的每個值，對每個引數執行對應版本的handlevalue()。

// 處理每個型別的實際函式
void handlevalue(int value) 
void handlevalue(double value) 
void handlevalue(string value) 
// 用於終止迭代的基函式
templatevoid processvalues(t arg)
// 可變引數函式模板
templatevoid processvalues(t arg, ts ... args)

可以看到這個例子用了三次... 運算子，但是有兩層不同的含義。用在引數模板列表以及函式引數列表，其表示的是引數包。前面說到，引數包可以接受任意數量的引數。用在函式實際呼叫中的...運算子，它表示引數包擴充套件，此時會對args解包，展開各個引數，並用逗號分隔。模板總是至少需要乙個引數，通過args...解包可以遞迴呼叫processvalues()，這樣每次呼叫都會至少用到乙個模板引數。對於遞迴來說，需要終止條件，當解包後的引數只有乙個時，呼叫接收乙個引數模板的processvalues()函式，從而終止整個遞迴。

假如對processvalues()進行如下呼叫:

processsvalues(1, 2.5, "test");

其產生的遞迴呼叫如下：

processsvalues(1, 2.5, "test");
handlevalue(1);
processsvalues(2.5, "test");
handlevalue(2.5);
processsvalues("test");
handlevalue("test");

由於processvalues()函式會根據實際型別推導自動呼叫正確版本的handlevalue()函式，所以這種可變引數列表是完全型別安全的。如果呼叫processvalues()函式帶有的乙個引數，無對應的handlevalue()函式版本，那麼編譯器會產生乙個錯誤。

前面的實現有乙個致命的缺陷，那就是遞迴呼叫時引數是複製傳值的，對於有些型別引數，其代價可能會很高。乙個高效且合理的方式是按引用傳值，但是對於字面量呼叫processvalues()這樣會存在問題，因為字面量僅允許傳給const引用引數。比較幸運的是，我們可以考慮右值引用。使用std::forward()函式可以實現這樣的處理，當把右值引用傳遞給processvalues()函式時，它就傳遞為右值引用，但是如果把左值引用傳遞給processvalues()函式時，它就傳遞為左值引用。下面是具體實現：

// 用於終止迭代的基函式
templatevoid processvalues(t &&arg)
// 可變引數函式模板
templatevoid processvalues(t&& arg, ts&& ... args)

這裡我們通過可變引數模板實現乙個簡化版本的printf函式：

// 基函式
void tprintf(const char* format)
templatevoid tprintf(const char* format, t&& value, ts&& ... args)
cout << *format;
}}int main()

其方法基本與processvalues()是一致的，但是由於tprintf的第乙個引數固定是const char*型別。

marc gregoire. professional c++, third edition, 2016.

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