C++17中的折叠表达式实现

2023-07-11 13:29:03 81

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
autosum(Ts...ts)
{
return(...+ts);
}

intres{sum(1,2,3,4,5)};
std::stringa{"Hello"};
std::stringb{"World"};
std::stringstr_res{sum(a,b)};//a+b的结果

例2:右折叠

template
autosum(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。

intres{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

intthe_sum{sum()};
/*大致的错误输出如下

Ininstantiationof'autosum(Ts...)[withTs={}]':
error:foldofemptyexpansionoveroperator+
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
autosum(Ts...ts)
{
//二元右折叠
return(ts+...+0);

//二元左折叠
//return(0+...+ts);
}

此时对于intres{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
autocount(constR&range,Ts...ts)
{
return(std::count(std::begin(range),std::end(range),ts)+...);
}
...
std::vectorv{1,2,3,4,5};
count(v,2,5);//returns2
count(v,100,200);//returns0
count("abcdefg",'x','y','z');//returns0
count("abcdefg",'a','d','f');//returns3

例5:检查插入多个元素是否成功

template
boolinsert_all(T&set,Ts...ts)
{
return(set.insert(ts).second&&...);
}
...
std::setmy_set{1,2,3};
insert_all(my_set,4,5,6);//Returnstrue,my_set值为{1,2,3,4,5,6}
insert_all(my_set,7,2,8);//Returnsfalse,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(Eop…)具体展开为E1op(…op(EN-1opEN))。
2.对于一元左折叠(…opE)具体展开为((E1opE2)op…)opEn。
3.对于二元右折叠(Eop…opI)具体展开为E1op(…op(EN-1op(ENopI)))。
4.对于二元左折叠(Iop…opE)具体展开为(((IopE1)opE2)op…)opE2。

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
autoleft_sub(Args&&...args){
return(...-args);
}

template
autoright_sub(Args&&...args){
return(args-...);
}
...
autoa=left_sub(2,3,4);//((2-)-3)-4)=-5
autob=right_sub(2,3,4);//(2-(3-4))=3

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