C++元编程嵌套包展开：内部省略号为何仅展开ys而非xs？

问题背景 #

在梳理C++元编程知识时，先实现了针对tuple的for_each模板函数：

using namespace std;

template<class... As, class F>
constexpr auto
for_each(tuple<As...> as, F f) {
  return apply(
    [](auto... xs){
      (f(xs), ... );
    },
    as
  );
}

通过嵌套调用for_each，实现了run_all函数：

template <class A, class B>
void g(A a, B b);

template<class... As, class... Bs>
constexpr auto
run_all(
  tuple<As...> as,
  tuple<Bs...> bs)
{
  return for_each(
    as,
    [bs](auto x){
      for_each(
        bs,
        [x](auto y) {
          g(x, y);
        }
      );
    }
  );
}

手动将for_each内联展开后，得到以下代码：

template <class A, class B>
void g(A a, B b);

template<class... As, class... Bs>
constexpr auto
run_all(
  tuple<As...> as,
  tuple<Bs...> bs) 
{
  return apply(
    [bs](auto... xs){
      (
        apply(
          [xs](auto... ys){
            (g(xs, ys), ...);
          },
          bs
        ) 
      , ...);
    },
    as
  );
}

核心疑问：内层的省略号为何仅展开ys而不展开xs？是xs因被捕获免受展开，还是参数包存在时不能随意内联展开？

严谨解释 #

1. 参数包的作用域与绑定规则 #

参数包的展开完全依赖作用域内的可见性和省略号的绑定对象，和是否被lambda捕获无关：

• 外层lambda的参数包是xs...，对应模板参数包As...，外层的折叠表达式(..., ...)是对xs...的展开——每一个xs都是As中的单个元素，会触发一次针对bs的apply调用。
• 内层lambda的参数包是ys...，对应模板参数包Bs...，内层的折叠表达式(g(xs, ys), ...)仅绑定ys...：此时xs是外层lambda传递进来的单个变量（不是参数包），因为外层xs...在展开时，每个迭代的xs都是独立的单个元素，被内层lambda捕获后是普通的单个值，不存在“展开”的前提。

2. 折叠表达式的绑定逻辑 #

根据C++标准，折叠表达式中的省略号必须与当前上下文可见的唯一参数包绑定（多重折叠除外）。在内层lambda的作用域中，只有ys...是参数包，xs是捕获的非包变量，因此省略号只会关联ys...，不会误触xs。

参考资料 #

• C++标准：[temp.variadic]（可变参数模板）章节，明确了参数包的作用域、展开规则，以及折叠表达式中省略号与参数包的绑定逻辑。
• 书籍：
  • 《C++ Templates: The Complete Guide, 2nd Edition》第15章，详细讲解了可变参数模板的展开、作用域与lambda的交互场景。
  • 《Effective Modern C++》条款30，涉及可变参数与lambda捕获的细节，可辅助理解参数包的生命周期。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Eric Auld