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C++模板编程——可变参函数模板之折叠表达式

article 2025/2/3 15:29:15

1. 什么是折叠表达式

2. 一元左折

3. 一元右折

4. 二元左折

5. 二元右折

6. 后记

上一节主要讲解了可变参函数模板和参数包展开，这一节主要讲一下折叠表达式。

1. 什么是折叠表达式

折叠表达式是C++17中引入的概念，引入折叠表达式的目的是为了计算某个值。这跟可变参有关。

上一节提到了递归展开参数包，通过递归调用的方式可以一个一个地拿到每一个参数并进行处理。

而折叠表达式允许我们一次性让所有参数参与计算。

让我们来看代码感受一下：

#include <iostream>

using namespace std;

template<typename... T>
auto add_all(T... args)
{
	return (... + args); // 圆括号不可以省略，圆括号中的内容就是折叠表达式
}

int main()
{
	cout << add_all(1, 2, 3, 4, 5) << endl;
}

运行结果如下图所示：

从结果可以看到，add_all(1,2,3,4,5)的结果是(1+2+3+4+5)的求和结果。

在return 语句后面的圆括号中的内容就是折叠表达式。

折叠表达式一般有4种格式，每种格式都是用圆括号括起来。

一元左折
一元右折
二元左折
二元右折

左折就是参数从左侧开始计算，右折就是参数从右侧开始计算。

现在不理解没关系，下面会详细介绍。

2. 一元左折

一元左折的格式为：(... 运算符一包参数)

计算过程为：(((参数1 运算符参数2) 运算符参数3) ... 运算符参数N)

这种形式的三个点在开头，中间是运算符，一包参数在右侧，整体用圆括号括起来的形式就是一元左折。

上面代码中演示的就是一元左折的形式。下面再举个别的例子。

#include <iostream>

using namespace std;


template<typename... T>
auto mul_all(T... args)
{
	return (... * args);
}

int main()
{
	cout << mul_all(1, 2, 3) << endl;// ((1+2)+3) = 6
}

运行结果如下图所示：

mul_all函数中的(... * args)就是一元左折。

理解起来应该很容易，其中运算符可以换成其他的，可以编写代码尝试一下。

一元左折就先介绍到这里。

3. 一元右折

一元左折的格式为：(一包参数运算符 ...)

计算过程为：(参数1 ... (参数N-2 运算符(参数N-1 运算符参数N)))

一元右折和一元左折的格式非常相似，只是一包参数的位置和...的位置反了过来。

计算过程变成了从右侧开始计算。

这里再强调一次，左折就是参数从左侧开始计算，右折就是参数从右侧开始计算。

下面再给一个具体的代码示例：

#include <iostream>

using namespace std;

template<typename... T>
auto sub_all_left(T... args) // 一元左折
{
	return (... - args);
}

template<typename... T>
auto sub_all_right(T... args) // 一元右折
{
	return (args - ...);
}

int main()
{
	cout << sub_all_left(1, 2, 3) << endl; // ((1-2)-3) = -4
	cout << sub_all_right(1, 2, 3) << endl; // (1-(2-3)) = 2
}

这里展示了一元左折和一元右折的减法运算符的实现，运行结果如下图所示：

代码比较好理解，不太理解的话仔细看看注释和前面的文字，帮助理解。

一元右折就介绍到这里。

4. 二元左折

二元左折的格式为：(init 运算符 ... 运算符一包参数)

计算过程为：((((init 运算符参数1) 运算符参数2) 运算符参数3) ... 运算符参数N)

其中，init相当于一个初始值，也可以是一个对象什么的，只要能参与运算符的运算就可以。

下面看一段代码帮助理解：

#include <iostream>

using namespace std;


template<typename U, typename... T>
auto sub_all_left_with_init(U init, T... args) // 二元左折
{
	return (init - ... - args);
}


int main()
{
	int init = 10;
	cout << sub_all_left_with_init(init, 2, 3, 4) << endl; // ((((init-2))-3)-4)=1
}

运行结果如下图所示：

上面那个例子看完之后，再来看看这个例子，启发一下。

#include <iostream>
using namespace std;

template<typename... T>
void print_all(T... args)
{
	(cout << ... << args) << endl;
}

int main()
{
	print_all(1, 2, 3, 4, 5); // 12345
}

运行结果如下图所示：

因为cout << arg的返回值仍然是cout，所以二元左折可以进行，好好体会一下。

5. 二元右折

二元左折的格式为：(一包参数运算符 ... 运算符 init)

计算过程为：(参数1 ... (参数N-2 运算符 (参数N-1 运算符 (参数N 运算符 init ))))

跟二元左折很类似，直接上代码感受一下吧：

#include <iostream>

using namespace std;

template<typename U, typename... T>
auto sub_all_right_with_init(U init, T... args) // 二元右折
{
	return (args - ... - init);
}

int main()
{
	int init = 10;
	cout << sub_all_right_with_init(init, 2, 3) << endl;//(2-(3-init)) = 9
}

运行结果如图所示：