c++11——可变参数模板

在c++11之前，类模板和函数模板只能含有固定数量的模板参数，c++11增加了可变模板参数特性：允许模板定义中包含0到任意个模板参数。声明可变参数模板时，需要在typename或class后面加上省略号"..."。 
    省略号的作用有两个： 
1. 声明一个参数包，这个参数包中可以包含0到任意个模板参数 
2. 在模板定义的右边，可以将参数包展开成一个一个独立的参数

1. 可变参数模板函数

可变参数模板函数的定义如下：

template<class... T>
void f(T... args){
    cout << sizeof...(args) << endl; //sizeof...(args) 取得可变参数的个数
}
f();
f(1, 2);
f(1, 2.3, "hello");

参数包可以包含0个或者多个参数，如果需要用参数包中的参数，则一定要将参数包展开。有两种展开参数包的方法：（1）通过递归的模板函数来展开参数包；（2）通过逗号表达式和初始化列表方式展开参数包。

展开参数包 
（1）递归函数方式展开参数包 
    需要提供一个参数包展开的函数和一个递归终止函数，二者同名。递归终止函数的参数可以为0,1,2或者多个（一般用到0个或1个），当参数包中剩余的参数个数等于递归终止函数的参数个数时，就调用递归终止函数，则函数终止。

#include<iostream>
using namespace std;
//递归终止函数
void print(){
    cout << "empty" << endl;
}
//展开函数
template<class T, class... Args>
void print(T head, Args... rest){
    cout << "parameter = " << head << endl;
    print(rest...);
}

int main(){
    print(1,2,3,4);
    return 0;
}
//当调用print(1,2,3,4)时，先后调用print(2,3,4), print(3,4),print(4),最终调用print()终止。
如果递归终止函数为
template<typename T>
void print(T a){
    cout << a << endl;
}则函数调用到 print(4)就终止。

还可以通过type_traits方式来定义同名但不同参数的函数，分别实现递归终止和展开函数，从而展开参数包

//相当于递归终止函数
template<typename I = 0, typename Tuple>
typename std::enable_if<I==std::tuple_size<Tuple>::value>::type printtp(Tuple t){

}
//相当于展开函数
template<typename I = 0, typename Tuple>
typename std::enable_if<I < std::tuple_size<Tuple>::value>::type printtp(Tuple t){
    std::cout << std::get<I>(t) << std::endl;   //打印出元组中的第i个
    printtp<I+1>(t);
}

template<typename... Args>
void print(Args... args){
    printtp(std::make_tuple(args...);
}

（2）初始化列表方式展开参数包 
    递归函数展开参数包，需要有一个同名的终止函数来终止递归，可以使用初始化列表的方式避免多定义一个同名的终止函数。

template<typename T>
void printarg(T a){
    cout << a << endl;
}

template<class...Args>
void expand(Args... args){
    int arr[] = {(printarg(args), 0)...};
    //或者改进为 std::initializer_list<int>{(printarg(args), 0)...};
}
//{(printarg(args), 0)...}会被展开为{(printarg(arg1), 0), (printarg(arg2), 0), (printarg(arg3), 0)}
expand(1,2,3,"hello");

这种展开参数包的方式，不需要通过递归终止函数，而是直接在expand函数体内展开，printarg不是一个递归终止函数，只是一个处理参数包中每一个参数的函数。这种处理方式的关键是逗号表达式。

逗号表达式会按顺序执行前面的表达式，比如d = (a = b, c)；b先赋值给a，接着括号中的逗号表达式返回c的值，因此d被赋值为c 
    c++11中使用列表初始化方法来初始化一个边长的数组，可以使用 int arr[] = {args...};其中args为一个变长的参数集合。

template<typename... Args>
void print(Args... args){
    int arr[] = { (args, 0)... }; //具名的args...（或者匿名的...) 代表所有的可变参数集合，可以将args和...分开，此时args表示...中每一个参数。
}

还可以通过lambda表达式来改进上述的列表初始化方式:

template<typename... Args>
void expand(Args... args){
    std::initializer_list<int>{([&]{cout << args << endl;}(), 0)...};
}

2. 可变参数模板类

tuple是一个可变参数模板类：

    template<class... Types>
    class tuple;
    这个可变参数模板类可以携带任意类型任意个数的模板参数
    std::tuple<int> tp1 = std::make_tuple(1);
    std::tuple<int, double> tp2 = std::make_tuple(1,2.4);
    std::tuple<> tp;

可变参数模板类的参数展开

（1）模板递归和特化方式展开参数包

可变参数模板类的展开一般需要2~3个类，包括类声明和特化的模板类。如下方式定义了一个基本的可变参数模板类：

template<typename... Args>  //前向声明
struct Sum;

template<typename First, typename... Rest>  //类的定义
struct Sum<First, Rest...>{
    enum {value = Sum<First>::value + Sum<Rest...>::value};
};

template<typename Last> //递归终止类，模板参数不一定为1个，可能为0个或者2个
struct Sum<Last>{
    enum{value = sizeof(Last)};
};
这个Sum类的作用是在编译期计算出参数包中参数类型的size之和。

或者可通过std::integral_constant来修改一下：
template<typename... Args>      //前置声明
struct Sum;

template<typename First, typename... Rest>  //递归定义
struct Sum<First, Rest...>: std::integral_constant<int, std::integral_constant<int, sizeof(First)>::value + Sum<Rest...>::value{
};

template<typename Last> //递归终止
struct Sum<Last>: std::integral_constant<int, sizeof(Last)>{
};

（2）继承方式展开参数包

//整型序列的定义
template<int...>
struct IndexSeq{};

//继承方式，开始展开参数包
template<int N, int ... Indexes>
struct MakeIndexes: MakeIndexes<N -1, N -1, Indexes...>{};

//模板特化，终止展开参数包的条件
template<int... Indexes>
struct MakeIndexes<0, Indexes...>{
    typedef IndexSeq<Indexes...> type;
};
int main(){
    using T = MakeIndexes<3>::type;  //输出为 struct IndexSeq<0,1,2>
    cout << typeid(T).name() << endl;
    return 0;
};

//MakeIndexes如果不通过继承递归方式生成，可以通过using来实现。
template<int N, int ...Indexes>
struct MakeIndexes{
    using type = MakeIndexes<N-1,N-1,Indexes>::type;
};

template<int...Indexes>
struct MakeIndexes<0, ...Indexes>{
    using type =  IndexSeq<Indexes...>;
};

可以使用上述的IndexSeq来展开并打印可变模板参数，比如：
template<int ...Indexes, typename ...Args>
void print_helper(IndexSeq<Indexes...>, std::tuple<Args...>&& tup){
    print(std::get<Indexes>(tup)...);
}

template<typename ...Args>
void print(Args... args){
    print_helper(typename MakeIndexes<sizeof...(args)>::type(), std::make_tuple(args...));
}