C++17使用std::apply和fold expression對std::tuple進行遍歷

std::apply函式

先來看這個std::apply函式，這個函式定義在tuple標頭檔案中，函式簽名如下：

template <class F, class Tuple>
constexpr decltype(auto) apply(F&& f, Tuple&& t);

該函式接受兩個引數，第一個是一個函式物件，第二個是一個Tuple物件

來看一個最簡單的示例：

#include <tuple>
#include <iostream>
 


int main() {
    // 兩個元素相加
    std::cout << std::apply([](auto x, auto y) { return x + y; }, 
                            std::make_tuple(1, 2.0)) << '\n';
}

輸出結果是3

這個例子中第一個引數使用Lambda匿名函式將tuple中的兩個元素相加，第二個使用std::make_tuple函式構造一個只含有兩個元素的tuple

fold expression

這個特性是C++ 17中我覺得很有用的一個新特性，使用規則有下面四條：

1. Unary right fold ($E$ $op$ …) becomes ($E_1$ $op$ (… $op$ ($E_{N-1}$ $op$ $E_N$)))

2. Unary left fold (… $op$ $E$) becomes ((($E_1$ $op$ $E_2$) $op$ …) $op$ $E_N$)

3. Binary right fold ($E$ $op$ … $op$ $I$) becomes ($E_1$ $op$ (… $op$ ($E_{N−1}$

   1​ $op$ ($E_N$ $op$ $I$))))

4. Binary left fold ($I$ $op$ … $op$ $E$) becomes (((($I$ $op$ $E_1$) $op$ $E_2$) $op$ …) $op$ $E_N$)

這裡的$E$指的是Expression（符合C++語法的表示式），$op$指的是operator（操作符），$N$是parameter pack（可變引數）的個數，$I$是一個常數。

可能看這個規則有些抽象，我們來看一些具體的例子：

#include <tuple>
#include <iostream>

int main() {
    // 多個元素相加，使用parameter pack
    std::cout << std::apply([](auto&& ... args) { return (args + ...); },
                            std::make_tuple(1, 2.f, 3.0)) << '\n';
    // 遍歷tuple並輸出，注意逗號操作符的使用
    std::apply([](auto&&... args) { ((std::cout << args << '\n'), ...); },
                std::make_tuple(1, 2.f, 3.0));
}

輸出如下：

6
1
2
3

第6行中，std::apply函式的第一個引數是一個Lambda匿名函式，函式的引數是一個可變引數args，函式體中只有一條語句args + ...，這個情況就是上面的第一種情況：這裡的$E$就是args，$op$就是+，所以展開來就是$args_1 + args_2 + args_3$（因為引數的個數是3）。

第9行中，Lambda匿名函式的函式體是((std::cout << args << '\n'), ...)這是一個逗號操作符，也屬於上面四種情況中的第一種：這裡的$E$就是std::cout << args << '\n')，$op$就是,，所以這一行就列印輸出了tuple的每一個元素。如果在C++17之前想要遍歷tuple就比較麻煩，需要很多額外的操作。

參考資料