C++17 折叠表达式

前言

       C++11 提供了可变模板参数包，使函数可以接受任意数量的参数。但在 C++11中展开参数包稍显麻烦，而 C++17 的折叠表达式使得展开参数包变得容易，其基本语法是使用 (…) 的语法形式进行展开。

支持的操作符

       折叠表达式支持 32 个操作符：

+, -, *, /, %, ^, &, |, =, <,
>, <<, >>, +=, -=, *=, /=, %=, ^=, &=, |=, <<=,
>>=,==, !=, <=, >=, &&, ||, ,, .*, ->*.

折叠分类

       C++17 的折叠表达式根据参数包的位置分为左折叠和右折叠，根据操作的对象数量分为一元折叠和二元折叠。
       例 1：左折叠

template <typename ... Ts>
auto sum(Ts ... ts)
{
    return (... + ts);
}

int the_sum {sum(1, 2, 3, 4, 5)}; // the_sum 的值为 15

std::string a {"Hello "};
std::string b {"World"};
std::string the_string {sum(a, b)}; // the_string 的值为 "Hello World"

       例 2：右折叠

template <typename ... Ts>
auto sum(Ts ... ts)
{
    return (ts + ...);
}

       例1中，参数包 … 位于操作符的左侧，故尔称为左折叠。如果 …位于操作符右侧，则称为右折叠，如例 2 所示。就例 1 与例 2 而言，左折叠与右折叠的效果是相同的。
       对于

int the_sum {sum(1, 2, 3, 4, 5)};

       左折叠的展开方式为

1 + (2 + (3 + (4 + 5))),

       右折叠的展开方式为

(((1 + 2) + 3) + 4) + 5

       在例 1 与 例 2 中，如果参数包包含的参数数量为 0，即为空包，会产生编译错误，如

int the_sum {sum()};

        大致的错误输出如下

In instantiation of 'auto sum(Ts ...) [with Ts = {}]':
error: fold of empty expansion over operator+
     return (... + ts);

       若要解决空参数包的编译错误，针对例 1，可以加上一个数值 0，可以解决编译错误又可以使得语义不变，这个 0 相当于缺省值。通过加上一个数值，折叠就变成了二元折叠，如例 3 所示。
       例 3：二元折叠

template <typename ... Ts>
auto sum(Ts ... ts)
{
    // 二元右折叠
    return (ts + ... + 0);

    // 二元左折叠
    // return (0 + ... + ts);
}

       此时对于

int the_sum {sum(1, 2, 3, 4, 5)};

       折叠的展开方式为

1 + (2 + (3 + (4 + (5 + 0))))

空参数包

       空参数包就是参数包中不含任何参数。对于大多数操作符，空参数包将会引发编译错误。对于 && 或 ||，空参数包是合法的，其中 && 的展开结果为 true，||的展开结果为 false。在逗号，操作符中，空参数包也合法，展开为 void()。

其它例子

       例 4：计算指定区间内包含指定数值的个数

template <typename R, typename ... Ts>
auto count(const R& range, Ts ... ts)
{
    return (std::count(std::begin(range), std::end(range), ts) + ...);
}

...

std::vector<int> v {1, 2, 3, 4, 5};
count(v,         2, 5);          // returns 2
count(v,         100, 200);      // returns 0
count("abcdefg", 'x', 'y', 'z'); // returns 0
count("abcdefg", 'a', 'd', 'f'); // returns 3

       例 5：检查插入多个元素是否成功

template <typename T, typename ... Ts>
bool insert_all(T &set, Ts ... ts)
{
    return (set.insert(ts).second && ...);
}

...

std::set<int> my_set {1, 2, 3};
insert_all(my_set, 4, 5, 6); // Returns true, my_set 值为 {1, 2, 3, 4, 5, 6}
insert_all(my_set, 7, 2, 8); // Returns false, my_set 值为 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
                             // 插入 2 时出错, 8 不会被插入

最后

       1. 对于一元右折叠 (E op …) 具体展开为 E1 op (… op (EN-1 op EN))。
       2. 对于一元左折叠 (… op E) 具体展开为 (( E1 op E2) op …) op En。
       3. 对于二元右折叠 (E op … op I) 具体展开为 E1 op (… op (EN-1 op (EN op I)))。
       4. 对于二元左折叠 (I op … op E) 具体展开为 (((I op E1) op E2) op …) op E2。
       左折叠与右折叠的语义并非总是相同的。比如对于加法和乘法，左折叠与右折叠的语义是相同的，但是对于减法与除法，其语义是不同的。
       例 6：左右折叠不同语义

template<typename... Args>
auto left_sub(Args&&... args)
{
    return (... - args);
}

template<typename... Args>
auto right_sub(Args&&... args)
{
    return (args - ...);
}
...
auto a = left_sub(2, 3, 4);  // ((2 - ) -3 ) - 4) = -5
auto b = right_sub(2, 3, 4); // (2 - (3 - 4)) = 3
co_await promise.yield_value(expression);