C++17折叠表达式用途和改进建议

C++17折叠表达式简化了循环计算多个值或变量处理，...代表了N个值或变量，让循环计算简单且易懂，让算法开发更简单，特别是矩阵的行列数据数据计算。改进建议是能支持数组或容器内项的计算，让数组和容器内的项自动进行计算，这样更强大。

以前看过Python的数据结构处理，非常方便，虽然希望C++能够学习，不过也要看现实，毕竟数据结构类型越大，编译器就越麻烦，这和C++性能第一的目标有些相背。

C++17 标准引入了语言语法的一个新元素 - 折叠表达式。这种新语法用于折叠可变参数模板参数包（可变参数模板获取可变数量的参数，自 C++11 起受 C++ 支持）。使用 folding 有助于避免繁琐的递归调用，并允许我们以紧凑的形式将操作应用于 pack 的所有单个参数。在处理模板参数包列表时，折叠表达式可以与以下二元运算符一起使用：+、-、*、/、%、^、&、|、=、<、>、<<、>>、+=、-=、*=、/=、%=、^=、&=、|=、<<=、>>=、==、！=、<=、>=、&&、||、,, .*、->*。

使用可变参数模板声明 fold 表达式的语法：

template<class... T>
decltype(auto) summation(T... Values)
{
// unfolds into the expression Values1 + (Values2 + (Values3 + Values4))...
return (Values + ...);
}
让我们看一下以下示例：

#include <iostream>
#include <string>

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

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

int main() {

std::cout << "Sum_RightHand output: \n";
std::cout << Sum_RightHand(10, 20, 30) << std::endl;
std::cout << Sum_RightHand(1.5, 2.8, 3.2) << std::endl;
std::cout << Sum_RightHand(std::string("Hi "), std::string("standard "),
std::string("C++ 17")) << std::endl;

std::cout << "\n";

std::cout << "Sum_LeftHand output: \n";
std::cout << Sum_LeftHand(10, 20, 30) << std::endl;
std::cout << Sum_LeftHand(1.5, 2.8, 3.2) << std::endl;
std::cout << Sum_LeftHand(std::string("Hi "), std::string("standard "),
std::string("C++ 17")) << std::endl;

return 0;
}

在上面的代码中，对于这两个函数，我们使用模板参数 pack 定义了签名：

模板 <typename ...Ts>
auto function_name （Ts ...ts）

函数展开所有参数并使用 fold 表达式对它们进行汇总。（在函数范围内，我们使用 +运算符应用于参数包的所有值）

正如我们所看到的，Sum_RightHand (ts + ...)和Sum_LeftHand (... + ts)给出相同的结果。但是，它们之间存在差异，这在其他情况下可能很重要：如果省略号（...）位于运算符的右侧，则表达式称为右折叠。如果它在左侧，则它是左侧折叠。

在我们的示例中，展开如下：Sum_LeftHand

10 + (20 + 30)

1.5 + (2.8 + 3.2)

"嗨" + （"标准 " + "C++ 17"）

右一元折叠 with 展开如下：Sum_RightHand

(10 +20) + 30

(1.5 + 2.8) + 3.2

（"Hi" + "standard "） + "C++ 17"

这些函数适用于不同的数据类型：int 、double 、和std::string ，但可以为实现 +运算符的任何类型的函数调用它们。

在上面的例子中，我们向两个函数传递了一些参数来获得求和的结果。但是，如果我们调用没有参数的函数会发生什么呢？

例如，如下所示：

C++
int main() {

std::cout << Sum_RightHand() << std::endl;
return 0;
}

Sum_RightHand ()函数调用时不带参数的，任意长度的参数包将不包含可以折叠的值，这会导致编译错误。

要解决这个问题，我们需要返回一个特定的值。一个明显的解决方案是返回零。

所以我们可以像这样实现它：

C++
#include <iostream>
#include <string>

template <typename ... Ts>
auto Sum_RightHand(Ts ... ts) {
return (ts + ... + 0);
}

template <typename ... Ts>
auto Sum_LeftHand(Ts ... ts) {
return (0 + ... + ts);
}

int main() {
std::cout << "Sum_LeftHand() = " << Sum_LeftHand() << std::endl;
std::cout << "Sum_RightHand() = " << Sum_RightHand() << std::endl;
return 0;
}

请注意，这两个 fold 表达式都使用初始值 ZERO！当没有参数时，中性元素非常重要 - 在我们的例子中，将任何数字添加到 0 都不会改变任何内容，使 0 成为中性元素。因此，我们可以使用+ or -运算符添加0到任何折叠表达式中。如果参数 pack 为空，这将导致函数返回值0 。从数学的角度来看，这是正确的，但在实现方面，我们需要根据我们的要求确定什么是正确的。

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