C 和 C++ 可变参数介绍

文章目录

  • 前言
  • 概念
  • [C 的可变参数](#C 的可变参数)
    • [参数列表 #va_list 4组宏](#va_list 4组宏)
  • [C++ 的可变参数](#C++ 的可变参数)
    • [参数列表 #va_list 4组宏](#va_list 4组宏)
    • [初始化列表 initializer_list<> 类模板](#初始化列表 initializer_list<> 类模板)
    • 可变参数模板
  • 总结
  • 参考资料
  • 作者的话

前言

C 和 C++ 可变参数介绍。


概念

可变(长)/不定(长)参数:函数可以接收任意数量的参数(函数在声名和定义时不明确参数的数量)


C 的可变参数

参数列表 #va_list 4组宏

头文件

  • <stdarg.h>

  • #va_list:类型宏;参数列表
  • #va_start():函数宏;va_list 指向参数列表的第一个参数
  • #va_arg():函数宏;依据类型,va_list 指向参数列表的下一个参数
  • #va_end():函数宏;清理 va_list

底层原理

  • #va_list:字符指针
  • #va_start():指针指向第一个元素
  • #va_arg():指针指向下一个元素
  • #va_end():指针置空

缺点

  • 代码逻辑需要明确参数的数量和每个参数的类型
  • ...

代码示例

c 复制代码
#include <stdarg.h> // #va_list、#va_start()、#va_arg()、#va_end()
#include <stdio.h>

// 形参的一般形式:
// num:参数数量
// ...:参数列表
void print(int num, ...)
{
    // 1. 定义 va_list
    va_list para_list; // 类型宏;参数列表

    // 2. 初始化 va_list
    va_start(para_list, num); // 函数宏;va_list 指向参数列表的第一个参数

    // 3. 遍历 va_list
    for (int i = 0; i < num; ++i)
    {
        printf("%d ", va_arg(para_list, int)); // 函数宏;依据类型,va_list 指向参数列表的下一个参数
    }
    printf("\n");

    // 4. 清理 va_list
    va_end(para_list); // 函数宏;清理 va_list

    return;
}

int main()
{
    print(2, 0, 1);
    // 实参的一般形式:
    // 2:参数数量
    // 0 1:参数列表

    print(3, 0, 1, 2);

    return 0;
}
// 输出:
// 0 1
// 0 1 2

C++ 的可变参数

参数列表 #va_list 4组宏

见 "C 的可变参数" 内容。

头文件

  • <cstdarg>

初始化列表 initializer_list<> 类模板

头文件

  • <initializer_list>

原理

  • 类比容器 vector<>
  • 比容器轻量
  • 封装参数(指向参数的指针、参数的数量和参数的类型等)的包装器/对象

缺点

  • 代码逻辑需要明确参数的类型
  • 一个 initializer_list<> 对象只支持一种 类型(可以使用多个 initializer_list<> 对象按序 支持多种类型)

按序:如一个 initializer_list<int> 对象表示一部分参数都是 int 类型,另一个 initializer_list<string> 对象表示另一部分参数都是 string 类型;不能是一个 initializer_list<int> 对象表示一部分参数既有 int 类型又有 string 类型

  • ...

代码示例

cpp 复制代码
// #include <initializer_list> // initializer_list<>
#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;
using std::initializer_list;

void print(initializer_list<int> li) // 使用 initializer_list<> 对象接收可变参数
{
    for (const int l : li)
    {
        cout << l << " ";
    }
    cout << endl;

    return;
}

int main()
{
    print({0, 1}); // 使用列表初始化创建匿名 initializer_list<> 对象并作为参数
    print({0, 1, 2});

    return 0;
}
// 输出:
// 0 1
// 0 1 2

可变参数模板

相关语法

  • typename...:定义模板参数包
  • Args:模板参数(抽象概念) 包的名称,可自定义名称,表示任意类型和数量的模板参数
  • Args...:模板参数包
  • args:具体参数(具体概念) 包的名称,可自定义名称,表示任意类型和数量的具体参数
  • args...:展开具体参数包
  • sizeof...(具体参数包):获取具体参数包参数的数量
  • ...:折叠表达式

折叠表达式的概念和语法较复杂 (作者觉得很怪异) ,在此不深入讲解。

可参见:(C++模板编程):折叠表达式、可变参表达式_c++模板折叠-CSDN博客

解包方式

  • 递归展开1
  • 递归展开2(C++ 17支持)
  • 逗号表达式展开1
  • 逗号表达式展开2(优化)
  • 逗号表达式3(优化)
  • 折叠表达式展开(C++ 17支持)

缺点

  • 概念较复杂
  • 语法较复杂
  • ...

获取具体参数包参数的数量

cpp 复制代码
#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

template <typename... Args>
void print(Args... args)
{
    cout << sizeof...(args) << endl;

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c'); // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出:
2
3

逐行解释:
2:具体参数包参数的数量是2
3:具体参数包参数的数量是3
*/

递归展开1

cpp 复制代码
#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

// 参数数量 == 1的函数模板
// 递归终止时调用
template <typename T>
void print(T value)
{
    cout << value << endl; // 参数值

    return;
}

// 可变参数模板
// 参数数量 > 1的函数模板
// 递归时调用
template <typename T, typename... Args>
void print(T value, Args... args)
{
    cout << value << " "; // 参数值

    print(args...); // 递归调用

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出:
0 c
0 c str
*/

递归展开2(C++ 17支持)

cpp 复制代码
#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

// 可变参数模板
// 参数数量 >= 1的函数模板
template <typename T, typename... Args>
void print(T value, Args... args)
{
    cout << value << " "; // 参数值

    // 参数数量为0时无法递归调用:print(args...);,需要递归终止
    // C++ 17标准支持"if constexpr()"语法,可以在编译而不是运行时求值以终止递归,使得编译通过
    if constexpr (sizeof...(args) > 0) // 递归调用
    {
        print(args...);
    }
    else // 递归终止
    {
        cout << endl;
    }

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出:
0 c
0 c str
*/

逗号表达式展开1

cpp 复制代码
#include <iostream>
// #include <initializer_list>  // initializer_list<>

using std::cout;
using std::endl;
using std::initializer_list;

// 可变参数模板
// 参数数量 >= 1的函数模板
template <typename T, typename... Args>
void print(T value, Args... args)
{
    cout << value << " "; // 第一个参数值

    // 重点理解:
    // [args]{cout << args << " ";}:Lambda 表达式
    // [args]{cout << args << " ";}():调用 Lambda 表达式

    // value:第一个参数的值
    // (,):逗号表达式:先计算左表达式,再计算右表达式,结果是右表达式的值
    // ([args]{cout << args << " ";}(), value):先调用 Lambda 表达式,再计算第一个参数的值,结果是第一个参数的值

    // args...:展开具体参数包
    // ([args]{cout << args << " ";}(), value)...:展开具体参数包,对每一个参数,先调用 Lambda 表达式,再计算第一个参数值,结果是第一个参数值

    // typename T:第一个参数的类型
    // initializer_list<>{}:initializer_list<> 对象
    // initializer_list<T>{}:匿名 initializer_list<> 对象,值类型是第一个参数的类型
    // initializer_list<T>{([args]{cout << args << " ";}(), value)...};:第一个参数作为匿名 initializer_list<> 对象的值,值类型是第一个参数的类型

    // C++11 和 C++14 标准,没有提供一种直接将具体参数包展开到函数调用参数列表中的语法
    // 所以可以使用 initializer_list<> 结合 args... 展开具体参数包
    // 又因为 initializer_list<> 的值需要相同类型
    // 所以可以使用逗号表达式,无论左表达式怎么计算,都返回第一个参数的类型和值 T value
    // 所以函数模板需要定义 typename T,函数需要定义 T value
    initializer_list<T>{([args]
                         { cout << args << " "; }(),
                         value)...};
    cout << endl;

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出:
0 c
0 c str
*/

逗号表达式展开2(优化)

cpp 复制代码
#include <iostream>
// #include <initializer_list>  // initializer_list<>

using std::cout;
using std::endl;
using std::initializer_list;

// 可变参数模板
// 参数数量 >= 1的函数模板
// 依据"逗号表达式展开1"的分析,模板参数 typename T、初始化列表 initializer_list<> 的类型 T、第一个参数值 value 和逗号表达式的右表达式 value 有意义但无用途,可以优化
template <typename... Args>
void print(Args... args)
{
    initializer_list<int>{([args]
                           { cout << args << " "; }(),
                           0)...};
    cout << endl;

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出:
0 c
0 c str
*/

逗号表达式展开3(优化)

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <vector>

using std::cout;
using std::endl;
using std::vector;

// 可变参数模板
// 参数数量 >= 1的函数模板
// 依据"逗号表达式展开1"的分析,对于可以使用列表初始化 {} 的对象,数组和向量 vector<> 等,可以结合 args... 展开具体参数包
template <typename... Args>
void print(Args... args)
{
    int arr[]{([args]
               { cout << args << " "; }(),
               0)...};
    cout << endl;

    vector<int>{([args]
                 { cout << args << " "; }(),
                 0)...};
    cout << endl;

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出:
0 c
0 c
0 c str
0 c str
*/

折叠表达式展开(C++ 17支持)

cpp 复制代码
#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

// 可变参数模板
// 参数数量 >= 1的函数模板
template <typename... Args>
void print(Args... args)
{
    // 二元左折叠表达式(概念复杂)
    // (,):逗号表达式:连接折叠表达式和操作
    // 对每一个参数,先输出参数,再输出空格
    (..., (cout << args << ' '));
    cout << endl;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出:
0 c
0 c str
*/

总结

C 和 C++ 可变参数介绍。


参考资料


作者的话

  • 感谢参考资料的作者/博主
  • 作者:夜悊
  • 版权所有,转载请注明出处,谢谢~
  • 如果文章对你有帮助,请点个赞或加个粉丝吧,你的支持就是作者的动力~
  • 文章在描述时有疑惑的地方,请留言,定会一一耐心讨论、解答
  • 文章在认识上有错误的地方, 敬请批评指正
  • 望读者们都能有所收获

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