C++折叠表达式：简洁高效的编程利器

2024-04-23 11:10:59 微信公众号 AI让生活更美好

作为引入的新特性之一，折叠表达式在代码编写中展现了其强大的功能和简洁高效的特点。

什么是折叠表达式？

首先，让我们了解一下什么是折叠表达式。折叠表达式是一种用于模板元编程和泛型编程的特性，它允许我们以更简洁的方式处理参数包（parameter pack）中的参数。

在C++17之前，我们需要使用递归函数或者展开表达式（unpacking expression）来处理参数包，而折叠表达式的出现使得这一过程变得更加简洁和直观。

折叠表达式的语法

折叠表达式的语法形式如下：

(expression op ... op pack)
(pack op ... op expression)
(expression op ... op pack op ... op expression)

其中，op表示操作符，可以是二元操作符或者逗号。expression是任意表达式，pack表示参数包。

折叠表达式的用法折叠表达式主要有两种用法：展开左侧（left folding）和展开右侧（right folding）。接下来，我们将分别介绍这两种用法。

1.展开左侧

展开左侧的折叠表达式形式为：

(... op pack)

其中，op表示操作符，pack表示参数包。这种形式的折叠表达式从左侧开始展开，将操作符作用于参数包中的每个元素，直到参数包为空。

让我们通过一个简单的例子来说明展开左侧的折叠表达式：

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

int main() {
    std::cout << sum(1, 2, 3, 4, 5) << std::endl;
    return 0;
}

在这个例子中，sum函数接受任意数量的参数，并返回它们的和。使用折叠表达式(... + args)，我们可以简洁地实现了对参数包中所有参数求和的操作。

2.展开右侧

展开右侧的折叠表达式形式为：

(pack op ...)

与展开左侧相反，展开右侧的折叠表达式从右侧开始展开，将操作符作用于参数包中的每个元素，直到参数包为空。

让我们看一个例子：

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

int main() {
    std::cout << sum(1, 2, 3, 4, 5) << std::endl;
    return 0;
}

这个例子与之前的例子相似，只是使用了右侧折叠表达式(args + ...)。它实现了同样的功能，即对参数包中所有参数求和。

折叠表达式的应用场景

折叠表达式可以用来递归处理参数包中的参数，避免了手动编写递归函数的复杂性。例如，我们可以使用折叠表达式来实现对参数包中所有参数求和的操作，而不需要手动编写递归函数。

以下是折叠表达式在不同场景下的应用：对参数包求和、逻辑与操作和参数包展开。

#include <iostream>

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

//逻辑与操作
template<typename... Args>
bool logical_and(Args... args) {
    return (... && args); // 折叠表达式
}

//参数包展开
template<typename... Args>
void expand(Args... args) {
    (std::cout << ... << args) << std::endl; // 折叠表达式
}

int main() 
{
    std::cout << sum(1, 2, 3, 4, 5) << std::endl; 
    // 输出：15
    std::cout << std::boolalpha << logical_and(true, true, false, true) << std::endl; 
    // 输出：false
    expand(1, 'a', 3.14, "hello"); 
    // 输出：1a3.14hello
    return 0;
}

在这个例子中，我们定义了四个函数模板：sum用于求和操作，logical_and用于逻辑与操作，expand用于展示参数包展开操作。然后在main函数中调用这些函数模板，并输出结果。