前言

我們知道，C++模板能力很強(qiáng)大，比起Java泛型這種語(yǔ)法糖來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直就是降維打擊。而其中，可變參數(shù)模板，就是其中一個(gè)非常重要的特性。那什么是可變參數(shù)模板，以及為什么我們需要他？

首先我們考慮一個(gè)經(jīng)典的場(chǎng)景：

我們需要編寫一個(gè)函數(shù)，來(lái)打印變量信息。

比如：

int code = 1;
string msg = "success";
printMsg(code,msg); // 輸出： 1，success

而我們需要打印的參數(shù)信息是不確定的，也有可能是下面的情況：

float value = 0.8f;
printMsg(code,msg,"main"); // 輸出： 1，success,main
printMsg(value,code); // 輸出： 0.8,1

printMsg的參數(shù)類型、數(shù)量都是不確定的，無(wú)論是普通模板、還是使用容器，都無(wú)法完成這個(gè)任務(wù)。而可變參數(shù)模板，可以非常完美完成這個(gè)任務(wù)。

可變參數(shù)模板，意為該模板的類型與數(shù)量都是不確定，能夠接收任意的參數(shù)匹配，造就了其極高的靈活度。

認(rèn)識(shí)可變模板參數(shù)

template<typename T,typename... Args>
void printMsg(T t, Args... args) {}

上述代碼為可變參數(shù)模板的例子。首先要了解一個(gè)概念：模板參數(shù)包，函數(shù)參數(shù)包。

typename...表示一個(gè)模板參數(shù)包類型，在typename后跟了三個(gè)點(diǎn) ，Args是一個(gè)模板參數(shù)包，他可以是0或多種類型的組合。Args...，表示將這個(gè)參數(shù)包展開，作為函數(shù)的形參，args也稱為函數(shù)參數(shù)包

舉個(gè)例子：

// T的類型是 int
// Args的類型是 int、float、string 組成的模板參數(shù)包
printMsg(1,2,0.8f,"success");
// 模板會(huì)被實(shí)例化為此函數(shù)原型
void printMsg(int,int,float,string);

對(duì)于參數(shù)包，我們可以使用sizeof... 來(lái)獲取該參數(shù)包中有多少個(gè)類型。如sizeof...(args); or sizeof...(Args);。

那么，對(duì)于這個(gè)可變模板參數(shù)類型，我們要如何使用它呢？

使用可變模板參數(shù)

遞歸法

遞歸法利用的是類型匹配原理，將參數(shù)包中的參數(shù)，一個(gè)個(gè)給他分離出來(lái)。我們從一個(gè)實(shí)際的例子來(lái)理解他。假如我們要實(shí)現(xiàn)前言章節(jié)中的printMsg函數(shù)，那么他的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

template<typename T,typename ...Args>
void printMsg(const T& t, const Args&... args) {
    std::cout << t << ", ";
    printMsg(args...);
}
// 調(diào)用
printMsg(1,0.3f,"success");

當(dāng)我們調(diào)用printMsg(1,0.3f,"success")代碼時(shí)，模板函數(shù)被實(shí)例化為:

template<int,float,string>
void printMsg(const int& t, const float& arg1, const string& arg2) {
    std::cout << t << ", ";
    printMsg(arg1, arg2); 
}

代碼中再次遞歸調(diào)用了printMsg,模板函數(shù)被實(shí)例化為：

template<float,string>
void printMsg( const float& arg1, const string& arg2) {
    std::cout << t << ", ";
    printMsg(arg2); 
}

發(fā)現(xiàn)規(guī)律了嗎？當(dāng)我們不斷遞歸調(diào)用printMsg時(shí)，參數(shù)報(bào)Args會(huì)被一層層解開，并將類型匹配到模板T上，從而將參數(shù)包Args中的參數(shù)逐一處理。

與此同時(shí)，我們也知道一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：遞歸需要有終止條件。因此，我們需要在只剩下一個(gè)參數(shù)的時(shí)候?qū)⑵浣K結(jié)：

template<typename T>
void printMsg(const T& t) {
    std::cout << t << std::endl;
}

c++在匹配模板時(shí)，會(huì)優(yōu)先匹配非可變參數(shù)模板，因此非可變參數(shù)模板則成為了遞歸的終止條件。這樣我們就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)函數(shù)，能夠接受任意數(shù)量、任意類型（支持<<運(yùn)算符)的參數(shù)。

特例化

遞歸法是最為常見(jiàn)的使用可變參數(shù)模板的方式。對(duì)于參數(shù)包來(lái)說(shuō)，除了遞歸法，其次就為特例化。舉個(gè)例子，還是我們上面的printMsg函數(shù)：

template<>
void printMsg(const int& errorCode,const float& strength,const double& value) {
    std::cout << "errorCode:" << errorCode << " strength:" << strength << " value:" << value << std::endl;
}
printMsg(1,0.8f,0.8);

針對(duì)<int,float,double>類型的模板做了一個(gè)特例化，則在我們調(diào)用此類型的模板時(shí)，會(huì)優(yōu)先匹配特例化。這也是一種處理可變模板參數(shù)的方式。

除此之外，還有很多對(duì)于可變模板參數(shù)的神奇用法，進(jìn)一步提高他的靈活性。

包拓展

這里包，指的是函數(shù)參數(shù)包以及可變模板參數(shù)包。前面的例子中已經(jīng)存在兩個(gè)包拓展，但更多的是屬于可變參數(shù)模板的語(yǔ)法層面，所以并沒(méi)有展開說(shuō)。比如上面我們提到的代碼：

template<typename T,typename ...Args>
void printMsg(const T& t, const Args&... args) {
    std::cout << t << ", ";
    printMsg(args...);
}
printMsg(1,0.8f,0.8);

這里有兩個(gè)包拓展：

• 函數(shù)的形參，在Args& 之后跟了三個(gè)點(diǎn),表示將Args參數(shù)包展開，例子中展開后的函數(shù)原型是void printMsg(const int&,const float&,const double&);
• 第二處展開是在遞歸調(diào)用時(shí)，將函數(shù)參數(shù)包形參展開args...，例子中展開后為printMsg(0.8f,0.8);。

在涉及到函數(shù)調(diào)用、函數(shù)聲明時(shí)，都需要用到上面這兩個(gè)包拓展語(yǔ)法。但我們會(huì)發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有什么可以操作的空間，他更多就是一個(gè)可變模板函數(shù)的固定語(yǔ)法。但除此之外，包拓展可以有一個(gè)更加神奇的操作。

還是上面的例子，但是這里我們需要對(duì)打印的數(shù)據(jù)進(jìn)行一輪過(guò)濾，對(duì)int數(shù)據(jù)超過(guò)99、float數(shù)據(jù)超過(guò)0.9進(jìn)行預(yù)警報(bào)告，其他數(shù)據(jù)不做處理。那么這個(gè)怎么處理呢？

理論上說(shuō)，我們需要對(duì)每個(gè)參數(shù)包中的每個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，那我們可以在遞歸中，判斷T的類型，再根據(jù)不同的類型進(jìn)行處理。這種方式是可行的，但c++提供了更加好用的另一種方式?？聪旅娴拇a：

template<typename T>
const T& filterParam(const T& t) { return t; }
template<>
const int& fileterParam(const int& t) {
    if (t > 99) { onWarnReport(); }
    return t;
}
template<>
const float& fileterParam(const float& t) {
    if (float > 0.9) { onWarnReport(); }
    return t;
}
template<typename... Args>
void printMsgPlug(const Args&... args) {
    printMsg(filterParam(args)...);  //關(guān)鍵代碼
}
printMsgPlus(1,0,3f,1.8f);

可以看到我們的關(guān)鍵代碼在于printMsg(filterParam(args)...);這一行，他等價(jià)于printMsg(filterParam(1),filterParam(0.3f) ,filterParam(1.8f)); 三個(gè)小點(diǎn)移動(dòng)到了函數(shù)調(diào)用的后面，即可以實(shí)現(xiàn)這樣的效果。

這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于，他可以將過(guò)濾相關(guān)的邏輯，抽離到另外一個(gè)函數(shù)中去單獨(dú)處理，利用模板的特性對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一或者單獨(dú)處理。而且，使用typeId判斷類型的方式并不總是可靠的，這種方式會(huì)更加穩(wěn)定。

此外，針對(duì)雙重過(guò)濾的方式，包拓展的解決方案也會(huì)更加優(yōu)雅。假如，我們?cè)诖蛴?shù)據(jù)之前，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，之后再對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行過(guò)濾判斷是否需要預(yù)警報(bào)告。那么我們的偽代碼可以是如下：

template<typename T>
T filterParam(const T& t) {
    T result = convertParam(t);
    if()...
    return result;
}
template<typename T>
T convertParam(const T& t) {...}
template<typename... Args>
void printMsgPlug(const Args&... args) {
    printMsg(filterParam(args)...);  //關(guān)鍵代碼
}

而如果使用遞歸結(jié)合typeid的方式,可能就需要更多個(gè)switch進(jìn)行類型匹配嵌套解決，且其結(jié)果總是不可靠的。

最后，并不是所有可變模板函數(shù)，都能使用遞歸去解決問(wèn)題。例如我們需要一個(gè)能夠構(gòu)建unique_ptr的函數(shù),他的簡(jiǎn)化版可以是這樣的：

template<typename T, typename... Args>
std::unique_ptr<T> make_unique(Args&... args) {
    return std::unique_ptr<T>(new T(fileterParam(args)...));
}

這個(gè)寫法是不夠完善的，但是方便我們理解。這個(gè)時(shí)候，如果我們需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行過(guò)濾，那么遞歸的方式，就無(wú)法在這里使用了，而必須使用包拓展。

完美轉(zhuǎn)發(fā)

完美轉(zhuǎn)發(fā)在可變模板中非常常見(jiàn)，他的作用在于保持原始的數(shù)據(jù)類型。參考我們上面的make_unique函數(shù)，在移除fileterParam函數(shù)之后，，我們希望，傳給make_unique函數(shù)的數(shù)據(jù)，能夠原封不動(dòng)地，傳遞給T的構(gòu)造函數(shù)。那么他的實(shí)現(xiàn)如下：

template<typename T, typename... Args>
std::unique_ptr<T> make_unique(Args&&... args) {
    return std::unique_ptr<T>(new T(std::forward<Args>(args)...));
}

• Args&& 表示通用引用，他能接收左值引用，也可以接收右值引用。
• std::forward 表示保持參數(shù)的原始類型。因?yàn)槲覀冎?，右值引用本身是左值，所以我們需要將其轉(zhuǎn)為右值傳遞給構(gòu)造函數(shù)。

這樣，我們就能夠原封不動(dòng)地將數(shù)據(jù)傳遞給構(gòu)造函數(shù)，而不修改數(shù)據(jù)類型。這部分類型屬于右值與引用的范疇，這里不詳細(xì)展開解析。

但是對(duì)于可變模板來(lái)說(shuō)，這里有一個(gè)關(guān)鍵需要注意一下：通用引用的本身，是 引用類型。假如我們傳遞了一個(gè)int類型進(jìn)來(lái)，那么轉(zhuǎn)化之后就變成了int&。此時(shí)如果我們使用Args類型去做模板匹配，很容易發(fā)生匹配失敗的問(wèn)題，會(huì)提示int&無(wú)法匹配到int類型，需要多加注意一下。要解決這個(gè)問(wèn)題也比較簡(jiǎn)單，將其引用類型移除即可。在c++11中，可以使用以下代碼移除所有的修飾與引用，保持基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)類型：

template<typename T>
using remove_cvRef = typename std::remove_cv<typename std::remove_reference<T>::type>::type;
std::vector<decltype(remove_cvRef<T>)> v;

在匹配模板的時(shí)候，可以使用decltype來(lái)獲取移除后的類型進(jìn)行匹配。

總結(jié)

可變參數(shù)模板在實(shí)際的使用中，更多還是結(jié)合完美轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)象的統(tǒng)一構(gòu)造或者接口調(diào)用封裝等。可變參數(shù)的存在，使得模板接口的靈活度提升了一個(gè)檔次，如果你在實(shí)際開發(fā)中遇到類似的需求，不妨使用一下，會(huì)給你帶來(lái)驚喜的。

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