Mẫu biến tham số

Thuộc phần Lập trình hướng đối tượng trong hành trình C++ của Coddy. Bài học 67 trên 104.

Nếu bạn cần một hàm chấp nhận số lượng đối số bất kỳ với kiểu dữ liệu tùy ý thì sao? Các template truyền thống yêu cầu bạn chỉ định chính xác số lượng tham số kiểu cần dùng. Template biến thiên giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép template chấp nhận số lượng đối số template bất kỳ.

Cú pháp dùng ... (dấu ba chấm) để tạo một gói tham số (parameter pack):

template <typename... Args>
void printAll(Args... args) {
    // Args là gói tham số mẫu
    // args là gói tham số hàm
}

Để xử lý các đối số, bạn thường dùng đệ quy với trường hợp cơ sở. Gói tham số mở rộng từng đối số một cho đến khi không còn đối số nào:

// Trường hợp cơ sở: không còn đối số
void print() {
    std::cout << std::endl;
}

// Trường hợp đệ quy: xử lý đối số đầu tiên, rồi đệ quy với các đối số còn lại
template <typename T, typename... Rest>
void print(T first, Rest... rest) {
    std::cout << first << " ";
    print(rest...);  // Mở rộng các đối số còn lại
}

print(1, 3.14, "hello", 'x');  // Đầu ra: 1 3.14 hello x

Bạn cũng có thể dùng biểu thức fold (C++17) để thực hiện các thao tác đơn giản hơn mà không cần đệ quy tường minh:

template <typename... Args>
auto sum(Args... args) {
    return (args + ...);  // Biểu thức gấp (fold expression): cộng tất cả đối số (argument)
}

std::cout << sum(1, 2, 3, 4) << std::endl;  // Đầu ra: 10

Template biến thiên cung cấp sức mạnh cho nhiều tính năng của thư viện chuẩn như std::make_unique, std::tuple và std::function. Chúng cho phép tạo các hàm an toàn về kiểu dữ liệu, hoạt động với mọi tổ hợp kiểu và số lượng đối số.

Thử thách

Dễ

Hãy xây dựng một hệ thống ghi nhật ký linh hoạt, dùng mẫu biến thiên để xử lý thông báo với số lượng đối số bất kỳ. Bạn sẽ tạo các tiện ích để nối các giá trị, đếm đối số và in đầu ra theo định dạng, tất cả đều dùng gói tham số.

Bạn sẽ sắp xếp code trong hai tệp:

Variadic.h: Định nghĩa các hàm mẫu biến thiên tại đây.
Tạo hàm printAll để in tất cả đối số, ngăn cách bằng dấu cách và kết thúc bằng ký tự xuống dòng. Dùng cách tiếp cận đệ quy với trường hợp cơ sở chỉ in ký tự xuống dòng, và trường hợp đệ quy in đối số đầu tiên, một dấu cách, rồi gọi đệ quy với các đối số còn lại.

Tạo hàm countArgs để trả về số lượng đối số được truyền vào. Dùng sizeof... để lấy kích thước của gói tham số.

Tạo hàm sum để cộng tất cả đối số dạng số và trả về kết quả. Dùng biểu thức gộp với toán tử +.

Tạo hàm product để nhân tất cả đối số dạng số và trả về kết quả. Dùng biểu thức gộp với toán tử *.
main.cpp: Đọc bốn giá trị đầu vào, mỗi giá trị trên một dòng riêng:
1. Một số nguyên
2. Một số thực double
3. Một chuỗi
4. Một ký tự
Minh họa các mẫu biến thiên bằng cách:
1. Gọi printAll với cả bốn giá trị đầu vào và in kết quả
2. In số lượng đối số khi gọi countArgs với số nguyên, số thực double và ký tự: Argument count: <count>
3. Tính tổng của số nguyên, số thực double cùng các giá trị 10 và 5, rồi in: Sum: <result>
4. Tính tích của số nguyên cùng các giá trị 2 và 3, rồi in: Product: <result>
5. Gọi printAll chỉ với chuỗi đó, tức là một đối số
6. Gọi printAll không có đối số nào, hàm sẽ chỉ in một ký tự xuống dòng

Ví dụ, với các giá trị đầu vào 5, 2.5, Hello và X:

5 2.5 Hello X 
Argument count: 3
Sum: 22.5
Product: 30
Hello

Hãy chú ý cách printAll xử lý số lượng đối số bất kỳ với nhiều kiểu dữ liệu khác nhau, từ bốn đối số xuống còn không đối số nào. Các hàm sum và product dùng biểu thức gộp để kết hợp tất cả giá trị một cách gọn gàng mà không cần đệ quy tường minh. Hàm countArgs minh họa cách sizeof... cho bạn biết kích thước gói tham số tại thời điểm biên dịch.

Tự làm thử

#include <iostream>
#include <string>
#include "Variadic.h"

using namespace std;

int main() {
    // Đọc các giá trị đầu vào
    int intVal;
    double doubleVal;
    string strVal;
    char charVal;
    
    cin >> intVal;
    cin >> doubleVal;
    cin >> strVal;
    cin >> charVal;
    
    // TODO: Gọi printAll với cả bốn giá trị đầu vào
    
    // TODO: In ra số lượng đối số bằng countArgs với intVal, doubleVal và charVal
    // Định dạng: "Argument count: <count>"
    
    // TODO: Tính và in ra tổng của intVal, doubleVal, 10 và 5
    // Định dạng: "Sum: <result>"
    
    // TODO: Tính và in ra tích của intVal, 2 và 3
    // Định dạng: "Product: <result>"
    
    // TODO: Gọi printAll chỉ với chuỗi
    
    // TODO: Gọi printAll không có đối số
    
    return 0;
}