C++ 17 折叠表达式

枫2024-09-162024-09-18

C++ 17 折叠表达式

C++17 引入的折叠表达式（Fold Expression）主要是给可变参数模板服务的。它的意义很直接：把一包参数按照某个运算符“折叠”成一个表达式，省掉以前那种递归展开模板的写法。

1. 为什么需要折叠表达式？

在 C++17 之前，如果我们想对一组参数求和，常见写法通常是递归模板：

int sum()
{
    return 0;
}

template <typename T, typename... Args>
T sum(T first, Args... args)
{
    return first + sum(args...);
}

这种写法能用，但比较啰嗦，而且可读性一般。
有了折叠表达式之后，代码可以直接写成：

template <typename... Args>
auto sum(Args... args)
{
    return (... + args);
}

明显简洁很多。

2. 基本语法

折叠表达式分为四种形式：

( ... op pack )
( pack op ... )
( init op ... op pack )
( pack op ... op init )

其中：

pack：参数包
op：运算符
init：初始值

2.1 一元左折叠

1	(... + args)

等价于：

1	((arg1 + arg2) + arg3) + arg4

2.2 一元右折叠

1	(args + ...)

等价于：

1	arg1 + (arg2 + (arg3 + arg4))

对于加法这种结合性比较自然的运算，左右折叠结果通常一样；但对于减法这类运算，左右折叠就会不同。

3. 最常见的使用场景

3.1 求和

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename... Args>
auto sum(Args... args)
{
    return (... + args);
}

int main()
{
    cout << sum(1, 2, 3, 4) << endl;
    return 0;
}

输出：

3.2 判断多个条件是否都成立

template <typename... Args>
bool allTrue(Args... args)
{
    return (... && args);
}

使用起来很直观：

1	bool ret = allTrue(true, true, false);

3.3 依次输出多个参数

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename... Args>
void print(Args&&... args)
{
    ((cout << args << " "), ...);
}

调用：

1	print(1, "hello", 3.14);

4. 带初始值的折叠

有时候参数包可能为空，或者你希望给运算提供一个默认起点，这时可以使用带初始值的形式。

template <typename... Args>
auto sumWithInit(Args... args)
{
    return (0 + ... + args);
}

这种写法在处理空参数包时更稳一些。

示例

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename... Args>
auto multiply(Args... args)
{
    return (1 * ... * args);
}

int main()
{
    cout << multiply(2, 3, 4) << endl;
    return 0;
}

输出：

5. 可以使用哪些运算符？

折叠表达式支持的运算符并不只有 +。常见还有：

+
-
*
/
&&
||
,
<<
>>

其中 && 和 || 在写条件组合时尤其方便。

6. 使用时要注意的点

6.1 左折叠和右折叠结果可能不同

例如减法：

template <typename... Args>
auto leftSub(Args... args)
{
    return (... - args);
}

template <typename... Args>
auto rightSub(Args... args)
{
    return (args - ...);
}