如何在C++中通过参数包展开实现链式成员函数调用？

很多库（比如nlohmann json）的类型支持通过成员函数/运算符返回自身实例，实现链式调用，比如：

auto my_data = my_json_object["first key"]["second key"];

完全可以通过参数包实现自动展开链式调用，替代手动编写多层运算符调用。以下是几种可行的实现方式：

1. 递归展开参数包（兼容C++11及以上） #

通过递归模板，逐步处理每个参数，每一步都调用目标运算符，再递归处理剩余参数：

#include <nlohmann/json.hpp>
using json = nlohmann::json;

// 基础终止条件：无额外参数时直接返回原对象
template <class Json>
auto get_elem(Json&& json)
{
    return std::forward<Json>(json);
}

// 递归处理参数包：先处理第一个键，再递归处理剩下的键
template <class Json, class FirstKey, class... RestKeys>
auto get_elem(Json&& json, FirstKey&& first_key, RestKeys&&... rest_keys)
{
    return get_elem(
        std::forward<Json>(json)[std::forward<FirstKey>(first_key)],
        std::forward<RestKeys>(rest_keys)...
    );
}

// 使用示例
int main()
{
    json my_json_object = {
        {"first key", {{"second key", "hello world"}}}
    };
    auto my_data = get_elem(my_json_object, "first key", "second key");
    // my_data == "hello world"
}

这种方式兼容性强，C++11就能使用，运行时无额外开销，仅编译阶段会生成递归展开的代码。

2. C++17折叠表达式（更简洁） #

利用C++17引入的折叠表达式，一行代码完成参数包的展开，写法更紧凑：

#include <nlohmann/json.hpp>
using json = nlohmann::json;

template <class Json, class... Keys>
auto get_elem(Json&& json, Keys&&... keys)
{
    auto result = std::forward<Json>(json);
    // 左折叠表达式：依次将每个键应用到当前结果上
    (result = result[std::forward<Keys>(keys)], ...);
    return result;
}

折叠表达式会自动展开为result = result[key1]; result = result[key2]; ...，最终效果和手动链式调用完全一致。

3. 优化：支持const对象与避免拷贝 #

如果需要和原生链式调用完全一致（比如返回引用而非拷贝，支持const对象），可以重载const和非const版本的函数：

#include <nlohmann/json.hpp>
using json = nlohmann::json;

// const版本：返回const引用，避免修改原对象
template <class... Keys>
const auto& get_elem(const json& json, Keys&&... keys)
{
    const auto* current = &json;
    ((*current = &(*current)[std::forward<Keys>(keys)]), ...);
    return *current;
}

// 非const版本：返回可修改的引用
template <class... Keys>
auto& get_elem(json& json, Keys&&... keys)
{
    auto* current = &json;
    ((*current = &(*current)[std::forward<Keys>(keys)]), ...);
    return *current;
}

这种实现可以避免不必要的对象拷贝，完全复刻原生链式调用的行为。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者xzaton jw