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[英]C++ Template MetaProgramming: Compile Time Conditional Operator on Template Type
[英]C++ metaprogramming - compile time search tree
更新:抱歉令人困惑的术语 - 我不需要二叉树,但需要分段树或区间树。
想象一下,每次执行我的程序时,我都必须静态初始化一个搜索树。
Tree t;
t.add(10, 'Apple');
t.add(20, 'Pear');
t.add(50, 'Orange');
...
t.add(300, 'Cucumber');
..
// then I use it.
int key = 15;
String s = t.lookup(key) // Returns 'Apple' ( as the key is between 10 and 20)
树中的键和值是“静态的”,是硬编码的,但必须不时地进行维护。 是否存在元编程技巧如何在编译期间将键值组织成二进制搜索树(或跳过列表)?
例如,整个搜索树直接在代码.text
实现,并且.data
没有任何内容。 我还可以“预测”键的数量并提供订单。
我怀疑你是在这里从一个小山丘上建造一座山,这是因为: -
您认为要在C ++中静态初始化某些内容,您必须在编译时执行此操作。
无论你是不是用的上的概念和下限 ,否则你不知道{上|下}不熟悉约束的v
在[局部]有序序列S
可以通过二进制搜索确定S
,而且你可以指望标准库至少有效地完成它。
我想你想有一个静态初始化数据结构映射整数键字符串文字,使得在运行时,你可以用一个整数查询它n
,非常有效地检索字符串文字s
(如果有的话),其关键是最大的那个不大于n
- 附加条件,大概是n
不大于所有键。
如果这是正确的,那么您需要的静态初始化数据结构只是一个静态初始化 的整数 映射 M
到字符串文字 。 模板元编程不在框架中。
由于(假定的)条件是查询对于大于所有键的n
都会失败,因此您需要在M
包含一个标记值,其中键1大于您要查找的最大值。
然后,对于运行时整数n
,查询M
以获取n
的上限。 M
中n
的上限是大于n
的最小键,如果有的话。 如果返回的迭代器it
是M.end()
那么你有没有字符串n
。 否则,如果it == M.begin()
,那么每个键都大于n
,所以你再也没有n
字符串。 否则,必须存在由--it
定位的<key,value>
,并且该key
必须是不大于n
的最大键。 所以n
的字符串就是那个value
。
#include <map>
static const std::map<int,char const *> tab =
{
{ 2,"apple" },
{ 5,"pear" },
{ 9,"orange" },
{ 14,"banana" },
{ 20,"plum" },
{ 20 + 1,nullptr }
};
const char * lookup(int n)
{
auto it = tab.upper_bound(n);
return it == tab.begin() || it == tab.end() ? nullptr : (--it)->second;
}
在此示例前面加上:
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
for (int i = 0; i <= 21; ++i) {
cout << i;
char const *out = lookup(i);
cout << " -> " << (!out ? "Not found" : out) << endl;
}
return 0;
}
输出将是:
0 -> Not found
1 -> Not found
2 -> apple
3 -> apple
4 -> apple
5 -> pear
6 -> pear
7 -> pear
8 -> pear
9 -> orange
10 -> orange
11 -> orange
12 -> orange
13 -> orange
14 -> banana
15 -> banana
16 -> banana
17 -> banana
18 -> banana
19 -> banana
20 -> plum
21 -> Not found
现在这个程序中的tab
是一个静态数据结构,但它没有在编译时初始化。 在调用main
之前,它在程序的全局静态初始化中初始化 。 除非你要求程序启动时减少纳秒,否则我想不出为什么你需要在编译时初始化映射。
但是,如果你确实需要在编译时初始化它,它只是比这更有点小。 您需要将map作为constexpr
对象,这意味着编译器可以在编译时构造它; 为此它必须是文字类型 ; 这意味着你不能使用std::map
,因为它不是文字类型。
因此,您将不得不使用:
constexpr std::pair<int,char const *> tab[]
{
{ 2,"apple" },
{ 5,"pear" },
{ 9,"orange" },
{ 14,"banana" },
{ 20,"plum" },
{ 20 + 1,nullptr }
};
或类似的,并以基本上所示的方式实现lookup(n)
,但在tab
调用std::upper_bound
。 你可以在那里找到稍微有点笨拙的东西,如果你需要,我会留给你练习。
我终于创造了我想要实现的目标。 它过于复杂,看起来编译器优化器比我想的要聪明得多。
// Log "function"
template <int N>
struct LOG
{
static const int value = LOG<N/2>::value + 1;
};
template<>
struct LOG<0>
{
static const int value = 0;
};
// pow "function"
template <int N>
struct POW
{
static const int value = POW<N-1>::value * 2;
};
template<>
struct POW<1>
{
static const int value = 2;
};
template<>
struct POW<0>
{
static const int value = 1;
};
// Pair <key, value> to be a payload in a type list
template<int k, char v>
struct Pair
{
static const int key = k;
static const int value = v;
};
// type list manipulator - access n-th element
template <size_t, class...> struct element;
template <class TT, class...TTs>
struct element<0, TT, TTs...>
{
typedef TT type;
};
template <size_t K, class TT, class...TTs>
struct element<K, TT, TTs...>
{
typedef typename element<K-1, TTs...>::type type;
};
template<class... Ts>
struct V;
// Binary split search algorithm (pure templatized)
template<class T, class... Ts>
struct V<T, Ts...> : private V<Ts...>
{
template<size_t N = sizeof...(Ts), size_t level = LOG<sizeof...(Ts)+1>::value>
struct impl
{
template<size_t IDX>
inline static char search_impl(size_t n)
{
using namespace std;
static const int depth = LOG<N>::value;
static const int layer = depth - level;
static const int key = element<IDX, T, Ts...>::type::key;
static const size_t left_idx = IDX - ( N / POW<layer + 2>::value + 1);
static const size_t right_idx =
IDX + ( N / POW<layer + 2>::value + 1) > sizeof...(Ts) ?
sizeof...(Ts) :
IDX + ( N / POW<layer + 2>::value + 1);
//std::cout << setfill('*') << setw(layer) << ' '
// << "Level:" << level << " of:" << depth << std::endl
// << std::setw(layer) << ' '
// << "IDX/val/layer/POW/level: "
// << " " << IDX
// << "/" << key
// << "/" << layer
// << "/" << POW<layer>::value
// << "/" << level
// << "/" << left_idx
// << "/" << right_idx
// << std::endl;
if ( n < key )
return V<T, Ts...>::impl<N, level-1>::template search_impl<left_idx>(n);
else
return V<T, Ts...>::impl<N, level-1>::template search_impl<right_idx>(n);
}
};
template<size_t N>
struct impl<N,1>
{
template<size_t IDX>
inline static char search_impl(size_t n)
{
static const int key = element<IDX, T, Ts...>::type::key;
static const char value1 = element<IDX-1, T, Ts...>::type::value;
static const char value2 = element<IDX, T, Ts...>::type::value;
if ( n < key )
{
//std::cout << " *" << value1 << ' ' << IDX << std::endl;
return value1;
} else {
//std::cout << " *" << value2 << ' ' << IDX << std::endl;
return value2;
}
}
};
static void print()
{
std::cout << typeid(T).name() << ' ' << T::key << ' ' << (char)T::value << std::endl;
V<Ts...>::print();
}
static char search(size_t n)
{
static const size_t level = LOG<sizeof...(Ts)+1>::value;
static const size_t N = sizeof...(Ts);
static const int height = LOG<N>::value;
static const size_t root_idx = N / 2 + 1;
static const int key = element<root_idx, T, Ts...>::type::key;
//std::cout << "Level:" << level << " of:" << height << std::endl
// << "IDX/val: "
// << " " << root_idx
// << "/" << input[root_idx]
// << std::endl;
static const size_t left_idx = root_idx - ( N / POW<2>::value + 1);
static const size_t right_idx = root_idx + ( N / POW<2>::value + 1);
if( n < key)
return V<T, Ts...>::impl<N, level-1>::template search_impl<left_idx>(n);
else
return V<T, Ts...>::impl<N, level-1>::template search_impl<right_idx>(n);
}
};
template<>
struct V<>
{
static void print()
{}
};
int main(int argc, char *argv[])
{
int i = std::stoi(argv[1]);
typedef V<
Pair< 0x1,'a'>,
Pair< 0x11,'b'>,
Pair< 0x21,'c'>,
Pair< 0x31,'d'>,
Pair< 0x41,'e'>,
Pair< 0x51,'f'>,
Pair< 0x61,'g'>,
Pair< 0x71,'h'>,
Pair< 0x81,'i'>,
Pair< 0x91,'j'>,
Pair<0x101,'k'>,
Pair<0x111,'l'>,
Pair<0x121,'m'>,
Pair<0x131,'n'>,
Pair<0x141,'o'>
> TV;
std::cout << (char)TV::search(i) << std::endl;
return 0;
};
所以就是这样。 我的目标是“强制”编译器将所有常量放入代码中。 因为数据段中没有任何内容。 生成的代码将所有search_impl <*>方法一起内联,结果仅包含“cmp”和“jae”指令。 但是,如果要搜索的数组被定义为const static,看起来合理的编译器无论如何都会这样做。
我会用一个switch
来进行查找。
编译器可以自由地使用跳转表,二进制搜索或任何其他技术来优化查找。 对于大多数切换表,编译器通常会发出最快的事情。
switch (key)
{
case 10: return "Apple";
case 20: return "Pear";
...
}
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