C++ 变参模板

C++变参模板（Variadic Templates）

变参模板（Variadic Templates）是C++11引入的一项强大特性，允许模板接受任意数量、任意类型的模板参数。它是实现泛型编程和元编程的重要工具，广泛应用于标准库（如`std::tuple`、`std::function`）和现代C++框架中。

基本概念

变参模板的核心语法是通过省略号（`...`）声明参数包（Parameter Pack），并在后续展开使用。参数包分为两种：

• 模板参数包（Template Parameter Pack）：在模板声明中接受多个参数。
• 函数参数包（Function Parameter Pack）：在函数参数列表中接受多个参数。

语法示例

  
// 模板参数包  
template<typename... Args>  
void foo(Args... args); // 函数参数包

参数包的展开

参数包必须通过展开（Expansion）才能使用，常见方式包括：

递归展开

通过递归模板函数逐层处理参数包中的每个参数。

  
// 基准情形（终止递归）  
void print() {  
    std::cout << "End\n";  
}  

// 递归展开  
template<typename T, typename... Args>  
void print(T first, Args... args) {  
    std::cout << first << "\n";  
    print(args...); // 递归调用  
}  

int main() {  
    print(1, 2.5, "Hello");  
}

输出：

  
1  
2.5  
Hello  
End  

折叠表达式（C++17）

简化递归展开的语法，支持一元或二元操作符。

  
template<typename... Args>  
auto sum(Args... args) {  
    return (args + ...); // 折叠表达式  
}  

int main() {  
    std::cout << sum(1, 2, 3, 4); // 输出：10  
}

实际应用案例

实现泛型日志函数

  
template<typename... Args>  
void log(const char* format, Args... args) {  
    printf(format, args...);  
}  

int main() {  
    log("Value: %d, Name: %s\n", 42, "Alice");  
}

构建元组（std::tuple）

变参模板是`std::tuple`的实现基础：

  
template<typename... Types>  
class Tuple;  

// 特化递归定义  
template<typename Head, typename... Tail>  
class Tuple<Head, Tail...> : private Tuple<Tail...> {  
    Head value;  
};  

template<>  
class Tuple<> {}; // 基准情形

高级主题

参数包的大小

使用`sizeof...(Args)`获取参数包中参数的数量：

  
template<typename... Args>  
void countArgs(Args... args) {  
    std::cout << sizeof...(Args) << "\n";  
}

完美转发参数包

结合`std::forward`实现完美转发：

  
template<typename... Args>  
void wrapper(Args&&... args) {  
    some_function(std::forward<Args>(args)...);  
}

总结

• 变参模板通过参数包和展开机制支持任意数量和类型的参数。
• 递归展开是基础方法，折叠表达式（C++17）提供更简洁的语法。
• 广泛应用于标准库、日志系统、元编程等场景。