C 可变长参数 VS C++11 可变长模板

有些时候,我们定义一个函数,可能这个函数需要支持可变长参数,也就是说调用者可以传入任意个数的参数。比如C函数printf().

我们可以这么调用。

那么这个函数是怎么实现的呢?其实C语言支持可变长参数的。

我们举个例子,

上面这个函数,接受变长参数,用来把所有输入参数累加起来。可以这么调:

那么C语言的这个函数有什么问题呢?

1. 函数本身并不知道传进来几个参数,比如我现在多传一个参数,或者少传一个参数,那么函数本身是检测不到这个问题的。这就可能会导致未定义的错误。

2. 函数本身也不知道传进来的参数类型。以上面的例子,假如我把第二个参数1.0改成一个字符串,又如何?答案就是会得到未定义的错误,也就是不知道会发生什么。

3. 对于可变长参数,我们只能用__cdecl调用约定,因为只有调用者才知道传进来几个参数,那么也只有调用者才能维持栈平衡。如果是__stdcall,那么函数需要负责栈平衡,可是函数本身根本不知道有几个参数,函数调用结束后,根本不知道需要将几个参数pop out。(注:某些编译器如VS,如果用户写了个__stdcall的可变长参数函数,VS会自动转换成__cdecl的,当然这是编译器干的事情)

在C++语言里面,在C++11之前,C++也只是兼容了C的这种写法,而C++本身并没有更好的替代方案。其实对于C++这种强类型语言而言,C的这种可变长方案等于是开了个后门,函数居然不知道传进来的参数是什么类型。所以在C++11里面专门提供了对可变长参数的更现代化的支持,那就是可变长模板。

模板参数包(template parameter pack)

typename…就表示一个模板参数包。可以这么来实例化模板:

再来看一个更加具体的例子:

A…称之为包扩展(pack extension),包扩展是可以传递的。比如继承的时候,或者直接在函数参数里面传递。然后当编译器进行推导的时候,就会对这个包扩展进行展开,上面的例子,A…就展开成了int, char。C++11定义了可以展开包的几个地方:

1. 表达式

2. 初始化列表

3. 基类描述列表

4. 类成员初始化列表

5. 模板参数列表

6. 通用属性列表

7. lamda函数的捕捉列表

其他地方是不能展开的。

针对上面的例子,如果我们改成BMW car, 会如何呢?编译的时候就直接报错了,

Error 1 error C2977: ‘Car’ : too many template arguments d:studyconsoleapplication2variablelengthparametersvariablelengthparameters.cpp27 1 VariableLengthParameters
这是因为当展开的时候,A…变成了int, char, int了,可能基类根本就没有3个模板参数,所以推导就出错了。那如果这样的话,可变长参数还是啥意义呢?这等于每次的参数个数还是固定的啊。当然不会这么傻,其实C++11可以通过递归来实现真正的可变长的。看下面的代码。

如果我们运行这段代码,会发现构造函数被调用了3次。第一次得到的类型是float,第二次是char,第三次是int。这就好像模板实例化的时候层层展开了。实际上也就是这么一回事情。这里使用了C++模板的特化来实现了递归,每递归一次就得到一个类型。看一下对象car里面有什么:

可以清晰的看到car里面有三个head。基类里面的head是float,第二个head是char,第三个head是int。

有了这个基础之后,我们就可以实现我们的可变长模板类了,std::tuple就是个很好的例子。可以看看它的源代码,这里就不再介绍了。

可变长模板不光可以用于类的定义,也可以用户函数模板。接下来,就用可变长参数来实现一个Sum函数,然后跟上面的C语言版本做对比。

可变长模板实现Sum函数

直接看代码:

在上面的代码里面,可以很清楚的看到递归。

这条调用代码同样得到结果10.这样过程可以理解为,边界条件的函数先执行完毕,然后4.0的执行完毕,再3.0,2.0,1.0以此被执行完毕。一个典型的递归。

ok,那么跟C语言版本相比,又有哪些好处呢?

变长模板优点

之前提到的几个C语言版本的主要缺点:

1. 参数个数,那么对于模板来说,在模板推导的时候,就已经知道参数的个数了,也就是说在编译的时候就确定了,这样编译器就存在可能去优化代码。

2. 参数类型,推导的时候也已经确定了,模板函数就可以知道参数类型了。

3. 既然编译的时候就知道参数个数和参数类型了,那么调用约定也就没有限制了。

来实验一下第二点吧

Sum是C语言版本,最后一个参数传了个字符串,但是Sum函数是无法检测这个错误的。结果也就是未定义。

Sum2是个模板函数,最后一个参数也是字符串,在编译的时候就报错了,

Error 1 error C2111: ‘+’ : pointer addition requires integral operandd:\study\consoleapplication2\variablelengthparameters\variablelengthparameters.cpp29
1 VariableLengthParameters

double无法和字符串相加,这样在编译的时候就告诉我们这个错误了,我们就可以修复它,但是C语言的版本不会报错,代码也就失控了,不知道会得到什么结果。

怎么样,变长模板比C语言的变长参数好一些吧。

所以,我们还是尽可能使用C++11的变长模板吧。

最后一个问题,为什么使用变长参数呢?有些人可能会问,是不是可以把所有的参数放到一个list里面,然后函数遍历整个list,再相加呢?good point,

如果所有的参数类型都一样,确实可以这么做,但是如果参数类型不一样呢?那怎么放到一个list里面?像C++这种强类型语言可能做不到吧,确实弱类型语言比如php,python等,确实可以这么做。根据我的理解,脚本语言等弱类型语言不需要变长参数吧,或者不重要。但是C++还是需要的,

用可变长模板就没这个问题了,就算参数类型不一样,只要对应的类型有对应的操作,就没问题。当然像上面的例子,如果没有重载+,那么编译的时候就报错,这不就是我们需要的吗?

附:

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