【C++ 学习 ㉜】- 超详解 C++11 之新的类功能以及在模板中使用可变参数

目录

一、新的类功能

二、在模板中使用可变参数

2.1 - 可变参数函数

2.2 - 可变参数模板

2.2.1 - 可变参数函数模板

2.2.2 - 可变参数类模板

【C++ 学习 ㉚】- 超详解 C++11 的右值引用-CSDN博客 


一、新的类功能

  1. 默认的移动构造函数和移动赋值函数

    使用一个类的右值对象去初始化同类对象和为同类对象赋值时,在该类自定义了移动构造函数和移动赋值函数的情况下,会调用该类自定义的移动构造函数和移动赋值函数。

    而在没有自定义移动构造函数和移动赋值函数的情况下,如果没有自定义拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数,那么编译器会自动生成默认的移动构造函数和移动赋值函数

    默认的移动构造函数和移动赋值函数,对于内置类型的成员变量,会执行逐成员按字节拷贝;对于自定义类型的成员变量,如果该成员自定义了移动构造函数和移动赋值函数,那么调用对应的移动构造函数和移动赋值函数,否则调用拷贝构造函数和赋值运算符重载

    #include "string.h"
    ​
    class Person
    {
    public:
        Person(const char* name = "", int age = 0)
            : _name(name), _age(age)
        { }
    private:
        yzz::string _name;
        int _age;
    };
    ​
    int main()
    {
        Person p1("张三", 18);
        Person p2 = std::move(p1);
        // string(string&& rr)
    ​
        Person p3("李四", 19);
        Person p4;
        p4 = std::move(p3);
        // string& operator=(string&& rr)
        return 0;
    }
  2. 强制生成默认函数的关键字 default

    class Person
    {
    public:
        Person(const char* name = "", int age = 0)
            : _name(name), _age(age)
        { }
    ​
        Person(const Person& p)
            : _name(p._name), _age(p._age)
        { }
        
        // 自定义了拷贝构造函数后,编译器就不会生成默认的移动构造函数和移动赋值函数,
        // 此时就需要使用 default 关键字显示指定默认的移动构造函数和移动赋值函数的生成
        Person(Person&& p) = default;
        Person& operator=(Person&& p) = default;
    private:
        yzz::string _name;
        int _age;
    };
    ​
    int main()
    {
        Person p1("张三", 18);
        Person p2 = std::move(p1);
        // string(string&& rr)
        
        Person p3("李四", 19);
        Person p4;
        p4 = std::move(p3);
        // string& operator=(string&& rr)
        return 0;
    }


二、在模板中使用可变参数

2.1 - 可变参数函数

C/C++ 一直都支持为函数设置可变参数,最典型的代表就是 printf() 函数,它的语法格式为:

int printf(const char* format, ...);

其中 ... 表示的是可变参数(参数包),即 printf() 函数可以接受任意个参数,且各个参数的类型可以不同,例如

printf("\n");
printf("%d\n", 10);
printf("%d %c\n", 10, 'a');
printf("%d %c %lf\n", 10, 'a', 3.14);

下面的程序中,自定义了一个简单的可变参数函数:

#include 
#include 
using namespace std;
​
void func(int count, ...)
{
    va_list args_ptr;
    va_start(args_ptr, count);
    for (int i = 0; i < count; ++i)
    {
        int arg = va_arg(args_ptr, int);
        cout << arg << endl;
    }
    va_end(args_ptr);
}
​
int main()
{
    // 可变参数有 4 个,分别为 10、20、30、40
    func(4, 10, 20, 30, 40);
    return 0;
}

func() 函数中有 2 个参数,一个是 count,另一个就是 ... 可变参数,我们很容易在函数内部使用 count 参数,但想要使用参数包中的参数,需要借助 头文件中的 va_list 类型以及 va_start、va_arg、va_end 这三个带参数的宏

其中 va_list 可以简单地视为 char*,即

typedef char* va_list;

而要理解 va_start、va_arg、va_end 是如何实现的,需要先理解参数是如何传递给函数的

函数的数据是放在栈中的,给一个函数传递参数的过程就是将函数的参数从右往左逐次压栈。例如:给 func(int i, char c, double d) 函数传递参数的过程就是将 d、c、i 逐次压到函数的栈中,并且由于栈是从高地址向低地址扩展的,所以 d 的地址最高,i 的地址最低

理解了给一个函数传递参数的过程,就可以理解 va_start、va_arg、va_end 是如何实现的

// 让 ap 指向第一个可变参数
#define my_va_start(ap, x) ( ap = (my_va_list)(&x + 1) )
​
// 让 ap 指向下一个可变参数,并将 ap 指向的上一个可变参数提取出来
#define my_va_arg(ap, t) ( *(t*)((ap += sizeof(t)) - sizeof(t)) )
​
// 销毁 ap
#define my_va_end(ap) ( ap = (my_va_list)0 )

2.2 - 可变参数模板

C++11 之前,函数模板和类模板只能设定固定数量的模板参数;C++11 对模板的功能进行了扩展,允许模板中包含任意数量的模板参数,这样的模板又称为可变参数模板

2.2.1 - 可变参数函数模板

如下定义了一个可变参数的函数模板:

template
void ShowList(Types... args)
{
    // 函数体
}

在模板参数中,class 或者 typname 后面跟 ... 就表明 Types 是一个可变模板参数,它可以接受多种数据类型,又称模板参数包

在函数参数中,args 的参数类型用 Types... 表示,表明 args 可以接受任意个参数,又称函数参数包

使用可变参数模板的难点在于,如何在模板函数内部"解开"参数包(使用包内数据)

  1. 【递归方式解包】

    #include 
    using namespace std;
    ​
    // 递归结束的出口
    void ShowList()
    {
        cout << endl;
    }
    ​
    template
    void ShowList(T val, Types... args)
    {
        cout << val << " ";
        ShowList(args...);
    }
    ​
    int main()
    {
        ShowList();
        ShowList(10);
        ShowList(10, 'a');
        ShowList(10, 'a', 3.14);
        ShowList(10, 'a', 3.14, "hello");
        return 0;
    }

    注意:以递归方式解包,一定要设置递归结束的出口。在上例中,无形参的 ShowList() 函数就是递归结束的出口

  2. 【借助列表初始化和逗号表达式】

    #include 
    using namespace std;
    ​
    template
    void display(T val)
    {
        cout << val << " ";
    }
    ​
    template
    void ShowList(Types...args)
    {
        cout << sizeof...(args) << " : ";
        int arr[] = { (display(args), 0)... };
        cout << endl;
    }
    ​
    int main()
    {
        ShowList(10, 'a', 3.14);
        return 0;
    }

    我们使用了 { } 列表初始化的方式对数组 arr 进行了初始化,(display(args), 0)... 会依次展开为 (display(10), 0)(display(‘a'), 0)(display(3.14), 0)

    每个元素都是一个逗号表达式,以 (display(10), 0) 为例,会先计算 display(10),然后再将 0 作为整个表达式的值返回给数组,因此 arr 数组中最终存储的都是 0,arr 数组纯粹是为了将参数包展开,没有发挥其他作用

STL 容器中的 emplace 相关接口

list::emplace_back - C++ Reference (cplusplus.com)。

vector::emplace_back - C++ Reference (cplusplus.com)。

template
void emplace_back(Args&&... args);

emplace_back 相较于 push_back,优势在哪呢

#include 
#include "string.h"
#include 
using namespace std;
​
int main()
{
    list< pair > lt1;
    lt1.push_back({ 10, 'a' });
    lt1.push_back(make_pair(20, 'b'));
    // emplace 支持可变参数,拿到构造 pair 对象的参数后可以自己去创建对象,
    // 这里只有用法上的区别
    lt1.emplace_back(30, 'c');
    lt1.emplace_back(make_pair(40, 'b'));
​
    list< pair >lt2;
    lt2.push_back({ 10, "hello" });
    lt2.push_back(make_pair(20, "world"));
    // string(string&& rr)
    // string(string && rr)
    cout << "-------------------------" << endl;
    // push_back 是先构造,再移动构造;而 push_back 是直接构造了
    lt2.emplace_back(30, "你好");
    lt2.emplace_back(make_pair(40, "世界"));
    return 0;
}

2.2.2 - 可变参数类模板

C++11 中,类模板中的模板参数也可以是一个可变参数。C++11 提供的 tuple 元组类就是一个典型的可变参数类模板,它的定义如下:

template class tuple;

如下代码展示了一个支持可变参数的类模板:

#include 
using namespace std;
​
// 声明可变参数类模板
template class demo;
​
// 继承式递归的出口
template<> class demo<> {};
​
// 以 "继承 + 递归" 的方式解包
template
class demo : private demo
{
public:
    demo(Head v, Tail... vtail)
        : _head(v), demo(vtail...)
    {
        display_head();
    }
​
    void display_head() const
    {
        cout << _head << endl;
    }
protected:
    Head _head;
};
​
int main()
{
    demo d(10, 'a', 3.14);
    // 3.14
    // a
    // 10
    return 0;
}

程序中,继承关系可以表述为:

demo<>
↓
demo
↓
demo
↓   
demo

可变参数类模板还有其他的解包方法,这里不再一一赘述。

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