"啊啊啊!" 小王一頭栽在鍵盤(pán)上,發(fā)出哀嚎,"這個(gè)可變參數(shù)模板要寫(xiě)吐了!" ??

老張正在享受他的下午茶時(shí)光,聽(tīng)到動(dòng)靜抬頭一看,不禁莞爾。"又在折騰什么呢,小伙子?"

模板地獄初體驗(yàn)

"老張你看," 小王指著屏幕上密密麻麻的代碼,"就是想計(jì)算幾個(gè)數(shù)的和,寫(xiě)得我頭暈眼花..."

// 基礎(chǔ)情況 - 只有一個(gè)參數(shù)時(shí)的處理 ??
template<typename T>
T sum(T v) {
    return v;  // 遞歸的終止條件
}

這是遞歸的基礎(chǔ)情況,就像爬樓梯要有第一級(jí)臺(tái)階一樣。。

接下來(lái)是遞歸的主體部分:

// 遞歸情況 - 處理多個(gè)參數(shù) ??
template<typename T, typename... Args>
T sum(T first, Args... args) {
    return first + sum(args...);  // 一層層往下遞歸 ????
}

這種寫(xiě)法就像套娃一樣,一個(gè)函數(shù)調(diào)用套著另一個(gè)函數(shù)調(diào)用...

"哎呀," 老張喝了口咖啡,眼睛里閃著狡黠的光,"現(xiàn)在都2023年了,還在用這么老土的寫(xiě)法啊?"

"啊?" 小王一臉茫然

"來(lái)來(lái)來(lái),看看新時(shí)代的寫(xiě)法!" 老張拉過(guò)鍵盤(pán),手指飛快地敲擊著:

template<typename... Args>
auto sum(Args... args) {
    return (... + args);  // 一行解決戰(zhàn)斗! ??
}

"這...這也行?" 小王目瞪口呆,"這簡(jiǎn)直就是魔法啊!" 

為什么折疊表達(dá)式更好? 

老張放下咖啡杯,開(kāi)始細(xì)致地解釋: "讓我告訴你為什么新版本更優(yōu)秀:"

• 代碼簡(jiǎn)潔度 ?? "看看原來(lái)的版本,需要兩個(gè)模板函數(shù),而且還要寫(xiě)遞歸。新版本只需要一個(gè)函數(shù),一行代碼就搞定!"
• 編譯效率 ? "遞歸版本每處理一個(gè)參數(shù)都要生成一次函數(shù)調(diào)用,而折疊表達(dá)式在編譯期就能展開(kāi)成一個(gè)扁平的表達(dá)式。比如:"

sum(1, 2, 3, 4)  
// 遞歸版本展開(kāi):
1 + sum(2, 3, 4)
1 + (2 + sum(3, 4))
1 + (2 + (3 + sum(4)))
1 + (2 + (3 + 4))

// 折疊表達(dá)式直接展開(kāi):
((1 + 2) + 3) + 4

運(yùn)行時(shí)性能 ?? "遞歸版本每個(gè)遞歸調(diào)用都會(huì)產(chǎn)生函數(shù)調(diào)用開(kāi)銷,而折疊表達(dá)式會(huì)被編譯器優(yōu)化成一組簡(jiǎn)單的加法運(yùn)算。"

小王若有所思地點(diǎn)點(diǎn)頭,"原來(lái)如此!不僅代碼更優(yōu)雅,性能也更好!"

"不止這些呢!" 老張興致勃勃地打開(kāi)畫(huà)圖軟件,"折疊表達(dá)式就像疊千紙鶴,有四種基本手法..."

折疊表達(dá)式四種武功

"等等，老張！" 小王撓撓頭，"你說(shuō)折疊表達(dá)式有四種手法，能具體講講嗎？" ??

"當(dāng)然！" 老張露出高深莫測(cè)的笑容，"我來(lái)給你演示一下："

(1) 一元右折疊 (向右展開(kāi))

template<typename... Args>
void print_right(Args... args) {
    // 從右向左展開(kāi): a1 + (a2 + (a3 + a4)) ??
    (std::cout << ... << args)  // 從右向左展開(kāi)
}

"就像疊紙飛機(jī)一樣," 老張解釋道, "從右邊開(kāi)始一層層折疊!" ??

(2) 一元左折疊 (向左展開(kāi))

template<typename... Args>
void print_left(Args... args) {
    // 從左向右展開(kāi): ((a1 + a2) + a3) + a4 ??
    (該例子不恰當(dāng)，以后會(huì)改??<< args << std::cout)  // 從左向右展開(kāi)
}

"這次是從左邊開(kāi)始折," 小王恍然大悟, "就像疊信封一樣!" ??

(3) 二元右折疊 (帶初始值)

template<typename... Args>
auto sum_right(Args... args) {
    return (args + ... + 100);  // 右邊帶初始值: a1 + (a2 + (a3 + 100)) ??
}

"哦!" 小王眼睛一亮, "這就像做蛋糕,最后要放個(gè)櫻桃在頂上!" ??

(4) 二元左折疊 (帶初始值)

template<typename... Args>
auto sum_left(Args... args) {
    return (100 + ... + args);  // 左邊帶初始值: ((100 + a1) + a2) + a3 ??
}

"對(duì)啦!" 老張點(diǎn)點(diǎn)頭, "就像搭積木,要先放個(gè)底座!" ???

"哦！明白了！" 小王眼睛一亮，"就像疊紙一樣，可以從左邊開(kāi)始疊，也可以從右邊開(kāi)始疊！" ??

"沒(méi)錯(cuò)！" 老張點(diǎn)點(diǎn)頭，"而且?guī)С跏贾档陌姹靖踩拖癔B紙前先打好底一樣！" ???

實(shí)戰(zhàn)修煉

"誒，小王，" 老張眨眨眼睛 ??，"來(lái)個(gè)實(shí)戰(zhàn)練習(xí)怎么樣？"

"什么練習(xí)？" 小王立刻來(lái)了精神 ??

"寫(xiě)個(gè)函數(shù)，能一次性打印多個(gè)參數(shù)，要用折疊表達(dá)式哦！" 老張露出狡黠的笑容 ??

小王思考片刻，眼睛一亮 ??：

template<typename... Args>
void print(Args... args) {
    (std::cout << ... << args) << "\n";  // 折疊魔法 ?
}

"哇！這也太簡(jiǎn)單了吧！" 小王驚喜地喊道 ??

"對(duì)啊！" 老張點(diǎn)點(diǎn)頭，"用起來(lái)更簡(jiǎn)單："

print("Hello", 42, 3.14, "World");  // 一行搞定 ??
// 輸出: Hello423.14World

"這比寫(xiě)一堆重載函數(shù)爽多了！" 小王擊掌歡呼 ??

"沒(méi)錯(cuò)，" 老張笑著說(shuō)，"這就是現(xiàn)代C++的魅力！" ?

注意事項(xiàng)小貼士

"誒，小王，折疊表達(dá)式雖好，但也有個(gè)坑要注意！" 老張突然嚴(yán)肅起來(lái) ??

"什么坑啊？" 小王緊張地問(wèn) ??

"空參數(shù)包的問(wèn)題！" 老張豎起食指 ??

template<typename... Args>
bool all(Args... args) {
    return (... && args);    // 安全 ?
    // return (... + args);  // 危險(xiǎn) ?
}

"哦！原來(lái)只有 &&、|| 和逗號(hào)運(yùn)算符才能安全處理空參數(shù)包！" 小王恍然大悟 ??

"對(duì)頭！" 老張點(diǎn)點(diǎn)頭，"就像自動(dòng)門(mén)雖然方便，但停止時(shí)還得靠人工開(kāi)關(guān)一樣！" ??

折疊表達(dá)式的語(yǔ)法細(xì)節(jié)

"小王,來(lái)看看折疊表達(dá)式的四種基本形式!" 老張拿起馬克筆,在白板上畫(huà)起來(lái) ??

// 第一種: 一元右折疊 - 像疊紙飛機(jī)一樣從右往左折 ??
(pack op ...)         
// 例如: (args + ...) 會(huì)展開(kāi)成 a1 + (a2 + (a3 + a4))

"哦!這就像從右邊開(kāi)始疊紙飛機(jī)!" 小王恍然大悟 ??

// 第二種: 一元左折疊 - 像疊信封一樣從左往右折 ??
(... op pack)         
// 例如: (... + args) 會(huì)展開(kāi)成 ((a1 + a2) + a3) + a4

"對(duì),再看看帶初始值的版本:" 老張繼續(xù)寫(xiě)道:

// 第三種: 二元右折疊 - 最后再加個(gè)櫻桃 ??
(pack op ... op init) 
// 例如: (args + ... + 100) 變成 a1 + (a2 + (a3 + 100))

// 第四種: 二元左折疊 - 先放個(gè)底座再開(kāi)始 ???
(init op ... op pack) 
// 例如: (100 + ... + args) 變成 ((100 + a1) + a2) + a3

"這里的 op 可以用很多運(yùn)算符哦!" 老張解釋道,"我們把它們分類一下:" ??

// 1?? 算術(shù)運(yùn)算符 - 做數(shù)學(xué)計(jì)算用
+, -, *, /, %

// 2?? 位運(yùn)算符 - 處理二進(jìn)制位
^, &, |, <<, >>

// 3?? 賦值運(yùn)算符 - 存儲(chǔ)值用
=, +=, -=, *=, /=, %=, ^=, &=, |=, <<=, >>=

// 4?? 比較運(yùn)算符 - 判斷大小關(guān)系
==, !=, <, >, <=, >=

// 5?? 邏輯運(yùn)算符 - 處理真假值
&&, ||

// 6?? 其他特殊運(yùn)算符
,（逗號(hào)）, .*, ->*

"哇!原來(lái)可以用這么多運(yùn)算符!" 小王驚嘆道 ??

"是的,不同的運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。" 老張笑著說(shuō),"就像廚師的各種刀工一樣,要用對(duì)工具!" ??

實(shí)用示例大放送

"來(lái)看幾個(gè)實(shí)際應(yīng)用吧！" 老張興致勃勃地說(shuō)。

(1) 打印神器 ???

template<typename... Args>
void printer(Args&&... args) {
    (std::cout << ... << args) << '\n';  // 一元左折疊
}

"看這個(gè)!" 老張指著代碼說(shuō),"用一元左折疊實(shí)現(xiàn)打印,就像串糖葫蘆一樣,一個(gè)個(gè)打印出來(lái)!" ??

使用示例:

printer("你好", 42, "世界", 3.14);  // 輸出: 你好42世界3.14

(2) 類型極限探索者 ??

template<typename... Ts>
void print_limits() {
    ((std::cout << +std::numeric_limits<Ts>::max() << ' '), ...) << '\n';
}

"這個(gè)更有意思," 老張解釋道,"它能打印出不同類型的最大值。逗號(hào)運(yùn)算符配合折疊表達(dá)式,就像魔術(shù)師變戲法一樣!" ??

使用示例:

print_limits<char, int, long>();  // 輸出: 127 2147483647 9223372036854775807

(3) Vector 快速填充器 ??

template<typename T, typename... Args>
void push_back_vec(std::vector<T>& v, Args&&... args) {
    // 先檢查類型是否匹配,就像檢查鑰匙能否開(kāi)鎖 ??
    static_assert((std::is_constructible_v<T, Args&&> && ...)); 
    
    // 然后一個(gè)個(gè)放入vector,像往背包里裝東西 ??
    (v.push_back(std::forward<Args>(args)), ...);
}

"這個(gè)厲害了!" 小王眼前一亮,"不僅能批量添加元素,還能在編譯期檢查類型!"

使用示例:

std::vector<int> nums;
push_back_vec(nums, 1, 2, 3, 4, 5);  // 一次性添加多個(gè)數(shù)字 ?

"對(duì)啊," 老張笑著說(shuō),"現(xiàn)代C++就是這么優(yōu)雅,既安全又高效!" ??

"這...這簡(jiǎn)直是魔法！" 小王目瞪口呆 ??

知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

"誒，老張，" 小王摸著下巴思考道，"今天學(xué)到的這個(gè)折疊表達(dá)式，能幫我總結(jié)一下它的精髓嗎？" ??

"當(dāng)然可以！" 老張放下咖啡杯，"我們來(lái)對(duì)比一下新舊方案："

傳統(tǒng)寫(xiě)法的痛點(diǎn) ??：

• 需要寫(xiě)多個(gè)重載函數(shù) ??
• 遞歸實(shí)現(xiàn)復(fù)雜且難維護(hù) ??
• 編譯生成大量函數(shù)調(diào)用 ??
• 運(yùn)行時(shí)性能有額外開(kāi)銷 ??

折疊表達(dá)式的優(yōu)勢(shì) ??：

• 一個(gè)模板搞定所有情況 ?
• 代碼簡(jiǎn)潔優(yōu)雅，易于理解 ??
• 編譯期展開(kāi)，無(wú)遞歸開(kāi)銷 ??
• 運(yùn)行時(shí)性能更優(yōu)，直接內(nèi)聯(lián) ??

"哦！原來(lái)如此！" 小王恍然大悟，"感覺(jué)這就像是把復(fù)雜的積木搭建，變成了優(yōu)雅的折紙藝術(shù)！" ??

"沒(méi)錯(cuò)！" 老張笑著說(shuō)，"記住一點(diǎn)：現(xiàn)代C++的核心思想就是讓復(fù)雜的事情變得簡(jiǎn)單，讓危險(xiǎn)的操作變得安全。折疊表達(dá)式就是最好的例子！" ??

"太棒了！這下我可以告別模板地獄了！" 小王開(kāi)心地說(shuō)。

"學(xué)習(xí)新特性，就要敢于擁抱變化。" 老張拍拍小王的肩膀，"讓代碼既簡(jiǎn)潔又高效，這才是現(xiàn)代C++的魅力所在！" ?