Перейти к содержанию

Последнее обновление：2026-10-12

Вариативные шаблоны в C++

《C++那些事》— вариативные шаблоны

Недавно, читая исходный код Arrow, я заметил довольно интересный дизайн: в один plan можно добавлять несколько узлов, например: proj, agg и так далее.

Сегодня расскажу о дизайне и реализации этой части.

1.Добавление узлов

Для plan обычно нужно добавить целый набор узлов, что здесь достигается вызовом EmplaceNode.

return plan->EmplaceNode<ScalarAggregateNode>(
    plan, std::move(inputs), schema(std::move(fields)), std::move(target_field_ids),
    std::move(aggregates), std::move(kernels), std::move(states),
    std::move(owned_options));

Аналогично, добавление proj-узла выглядит так:

return plan->EmplaceNode<ProjectNode>(plan, std::move(inputs),
                schema(std::move(fields)), std::move(exprs),
                project_options.async_mode);

Так что же придаёт коду такую плавность?

Упрощённо запишем Plan:

class ARROW_EXPORT ExecPlan
{
    public:
    template <typename Node, typename... Args>
      Node* EmplaceNode(Args&&... args) {
        std::unique_ptr<Node> node{new Node{std::forward<Args>(args)...}};
        auto out = node.get();
        AddNode(std::move(node));
        return out;
      }
 }

Синтаксис выглядит очень сложным, и действительно — это вариативные шаблоны, появившиеся в C++11. Объясню смысл этого кода: он передаёт пакет параметров в соответствующий конструктор Node. Этот пример может показаться довольно сложным, поэтому перейдём к демо.

2.Demo

Далее мы создадим граф с двумя разными узлами — узлом A и узлом B; для простоты используем шаблон функции EmplaceNode.

NodeA* nodeA = EmplaceNode<NodeA>("Node A", 10, 3.14);
NodeB* nodeB = EmplaceNode<NodeB>(1, "Node B");

Полный код:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>

class NodeA {
public:
    NodeA(const std::string& name, int value, double weight)
        : name_(name), value_(value), weight_(weight) {}

    const std::string& GetName() const {
        return name_;
    }

private:
    std::string name_;
    int value_;
    double weight_;
};

class NodeB {
public:
    NodeB(int id, const std::string& desc)
        : id_(id), desc_(desc) {}

    int GetID() const {
        return id_;
    }

private:
    int id_;
    std::string desc_;
};
template<typename Node, typename... Args>
Node* EmplaceNode(Args&&... args) {
    std::unique_ptr<Node> node{new Node{std::forward<Args>(args)...}};
    auto out = node.get();
    // AddNode(std::move(node));
    return out;
}

int main() {
    NodeA* nodeA = EmplaceNode<NodeA>("Node A", 10, 3.14);
    NodeB* nodeB = EmplaceNode<NodeB>(1, "Node B");
    std::cout << "Node A name: " << nodeA->GetName() << std::endl;
    std::cout << "Node B ID: " << nodeB->GetID() << std::endl;
    return 0;
}

3.Расширение — реализация функции print, способной печатать данные любых типов

Простая реализация:

Достаточно использовать вариативные шаблонные параметры + рекурсию.

Каждый раз пакет разбивается на один элемент + остальное, пока не останется один элемент; поэтому нужна одна функция, обрабатывающая один элемент, и одна функция, обрабатывающая элемент + остальное — им соответствуют первый и второй print_impl.

#include <iostream>
#include <utility>

template <typename T>
void print_impl(T&& t) {
    std::cout << t;
}

template <typename T, typename... Args>
void print_impl(T&& t, Args&&... args) {
    std::cout << t;
    print_impl(std::forward<Args>(args)...);
}

template <typename... Args>
void print(Args&&... args) {
    print_impl(std::forward<Args>(args)...);
}

int main() {
    int x = 1;
    const char* str = "Hello, world!";
    print("The value of x is ", x, ", and the string is ", str, ".\n");
    return 0;
}

Похожие темы

Комментарии