C++17中的折叠表达式实现

前言

C++11 提供了可变模板参数包, 使函数可以接受任意数量的参数. 但在 C++11中展开参数包稍显麻烦, 而 C++17 的折叠表达式使得展开参数包变得容易, 其基本语法是使用 (…) 的语法形式进行展开。

支持的操作符

C++17中,折叠表达式支持 32 个操作符:

 +, -, *, /, %, ^, &, |, =, <,
>, <<, >>, +=, -=, *=, /=, %=, ^=, &=, |=, <<=,
>>=,==, !=, <=, >=, &&, ||, ,, .*, ->*.

折叠分类

折叠位置

1.左折叠
2.右折叠

操作数个数
1.一元折叠
2.二元折叠

例 1: 左折叠

template 
auto sum(Ts ... ts)
{
  return (... + ts);
}

int res{sum(1, 2, 3, 4, 5)};
std::string a{"Hello "};
std::string b{"World"};
std::string str_res {sum(a, b)};//a+b的结果

例 2: 右折叠

template 
auto sum(Ts ... ts)
{
  return (ts + ...);
}

例 1 中, 参数包 … 位于操作符的左侧,故尔称为左折叠。 如果 …位于操作符右侧,则称为右折叠,如例 2 所示。就例 1 与例 2 而言,左折叠与右折叠的效果是相同的。

int res {sum(1, 2, 3, 4, 5)};
//左折叠的展开方式为

 1 + (2 + (3 + (4 + 5))),
//右折叠的展开方式为

(((1 + 2) + 3) + 4) + 5
//在例 1 与 例 2 中,如果参数包包含的参数数量为 0,即为空包,会产生编译错误,如

int the_sum {sum()};
/*大致的错误输出如下

In instantiation of 'auto sum(Ts ...) [with Ts = {}]':
error: fold of empty expansion over operator+
   return (... + ts);
*/

若要解决空参数包的编译错误,针对例 1,可以加上一个数值 0,可以解决编译错误又可以使得语义不变,这个 0 相当于缺省值。通过加上一个数值,折叠就变成了二元折叠,如例 3 所示。

例 3: 二元折叠

template 
auto sum(Ts ... ts)
{
  // 二元右折叠
  return (ts + ... + 0);

  // 二元左折叠
  // return (0 + ... + ts);
}

此时对于 int res{sum(1, 2, 3, 4, 5)};折叠的展开方式为
1 + (2 + (3 + (4 + (5 + 0))))

空参数包

空参数包就是参数包中不含任何参数。对于大多数操作符,空参数包将会引发编译错误。对于 && 或 ||,空参数包是合法的,其中 && 的展开结果为 true,||的展开结果为 false。在逗号 , 操作符中,空参数包也合法,展开为 void()。

例 4: 计算指定区间内包含指定数值的个数

template 
auto count(const R& range, Ts ... ts)
{
  return (std::count(std::begin(range), std::end(range), ts) + ...);
}
...
std::vector v {1, 2, 3, 4, 5};
count(v,     2, 5);     // returns 2
count(v,     100, 200);   // returns 0
count("abcdefg", 'x', 'y', 'z'); // returns 0
count("abcdefg", 'a', 'd', 'f'); // returns 3

例 5: 检查插入多个元素是否成功

template 
bool insert_all(T &set, Ts ... ts)
{
  return (set.insert(ts).second && ...);
}
...
std::set my_set {1, 2, 3};
insert_all(my_set, 4, 5, 6); // Returns true, my_set 值为 {1, 2, 3, 4, 5, 6}
insert_all(my_set, 7, 2, 8); // Returns false, my_set 值为 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
               // 插入 2 时出错, 8 不会被插入

最后

1.对于一元右折叠 (E op …) 具体展开为 E1 op (… op (EN-1 op EN))。
2.对于一元左折叠 (… op E) 具体展开为 (( E1 op E2) op …) op En。
3.对于二元右折叠 (E op … op I) 具体展开为 E1 op (… op (EN-1 op (EN op I)))。
4.对于二元左折叠 (I op … op E) 具体展开为 (((I op E1) op E2) op …) op E2。

左折叠与右折叠的语义并非总是相同的。比如对于加法和乘法,左折叠与右折叠的语义是相同的,但是对于减法与除法,其语义是不同的。

例 6: 左右折叠不同语义

template
auto left_sub(Args&&... args) {
  return (... - args);
}

template
auto right_sub(Args&&... args) {
  return (args - ...);
}
...
auto a = left_sub(2, 3, 4); // ((2 - ) -3 ) - 4) = -5
auto b = right_sub(2, 3, 4); // (2 - (3 - 4)) = 3

到此这篇关于C++17中的折叠表达式实现的文章就介绍到这了,更多相关C++17 折叠表达式内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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