[英]C++11: Compile Time Calculation of Array
假设我有一些 constexpr function f:
constexpr int f(int x) { ... }
而且我在编译时知道一些 const int N :
任何一个
#define N ...;
或者
const int N = ...;
根据您的回答需要。
我想要一个 int 数组 X:
int X[N] = { f(0), f(1), f(2), ..., f(N-1) }
这样 function 在编译时进行评估,X 中的条目由编译器计算,结果放置在我的应用程序映像的 static 区域中,就像我在我的初始值列表中使用 Z157DB7DF530023575515ZD36E 一样。
有什么办法可以写这个吗? (例如使用模板或宏等)
最好的:(感谢 Flexo)
#include <iostream>
#include <array>
using namespace std;
constexpr int N = 10;
constexpr int f(int x) { return x*2; }
typedef array<int, N> A;
template<int... i> constexpr A fs() { return A{{ f(i)... }}; }
template<int...> struct S;
template<int... i> struct S<0,i...>
{ static constexpr A gs() { return fs<0,i...>(); } };
template<int i, int... j> struct S<i,j...>
{ static constexpr A gs() { return S<i-1,i,j...>::gs(); } };
constexpr auto X = S<N-1>::gs();
int main()
{
cout << X[3] << endl;
}
这个问题有一个纯C ++ 11(没有提升,也没有宏)解决方案。 使用与此答案相同的技巧,我们可以构建一个数字序列并解压缩它们以调用f
来构造一个std::array
:
#include <array>
#include <algorithm>
#include <iterator>
#include <iostream>
template<int ...>
struct seq { };
template<int N, int ...S>
struct gens : gens<N-1, N-1, S...> { };
template<int ...S>
struct gens<0, S...> {
typedef seq<S...> type;
};
constexpr int f(int n) {
return n;
}
template <int N>
class array_thinger {
typedef typename gens<N>::type list;
template <int ...S>
static constexpr std::array<int,N> make_arr(seq<S...>) {
return std::array<int,N>{{f(S)...}};
}
public:
static constexpr std::array<int,N> arr = make_arr(list());
};
template <int N>
constexpr std::array<int,N> array_thinger<N>::arr;
int main() {
std::copy(begin(array_thinger<10>::arr), end(array_thinger<10>::arr),
std::ostream_iterator<int>(std::cout, "\n"));
}
(用g ++ 4.7测试)
你可以完全跳过std::array
,但是我认为在这个实例中使用std::array
更简洁。
您也可以递归执行此操作:
#include <array>
#include <functional>
#include <algorithm>
#include <iterator>
#include <iostream>
constexpr int f(int n) {
return n;
}
template <int N, int ...Vals>
constexpr
typename std::enable_if<N==sizeof...(Vals),std::array<int, N>>::type
make() {
return std::array<int,N>{{Vals...}};
}
template <int N, int ...Vals>
constexpr
typename std::enable_if<N!=sizeof...(Vals), std::array<int,N>>::type
make() {
return make<N, Vals..., f(sizeof...(Vals))>();
}
int main() {
const auto arr = make<10>();
std::copy(begin(arr), end(arr), std::ostream_iterator<int>(std::cout, "\n"));
}
这可以说更简单。
Boost.Preprocessor可以帮到你。 但是,限制是你必须使用整数文字,如10
而不是N
(甚至是编译时常量):
#include <iostream>
#include <boost/preprocessor/repetition/enum.hpp>
#define VALUE(z, n, text) f(n)
//ideone doesn't support Boost for C++11, so it is C++03 example,
//so can't use constexpr in the function below
int f(int x) { return x * 10; }
int main() {
int const a[] = { BOOST_PP_ENUM(10, VALUE, ~) }; //N = 10
std::size_t const n = sizeof(a)/sizeof(int);
std::cout << "count = " << n << "\n";
for(std::size_t i = 0 ; i != n ; ++i )
std::cout << a[i] << "\n";
return 0;
}
输出( ideone ):
count = 10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
以下行中的宏:
int const a[] = { BOOST_PP_ENUM(10, VALUE, ~) };
扩展到这个:
int const a[] = {f(0), f(1), ... f(9)};
更详细的解释如下:
如果您希望阵列存在于静态内存中,您可以尝试这样做:
template<class T> struct id { typedef T type; };
template<int...> struct int_pack {};
template<int N, int...Tail> struct make_int_range
: make_int_range<N-1,N-1,Tail...> {};
template<int...Tail> struct make_int_range<0,Tail...>
: id<int_pack<Tail...>> {};
#include <array>
constexpr int f(int n) { return n*(n+1)/2; }
template<class Indices = typename make_int_range<10>::type>
struct my_lookup_table;
template<int...Indices>
struct my_lookup_table<int_pack<Indices...>>
{
static const int size = sizeof...(Indices);
typedef std::array<int,size> array_type;
static const array_type& get()
{
static const array_type arr = {{f(Indices)...}};
return arr;
}
};
#include <iostream>
int main()
{
auto& lut = my_lookup_table<>::get();
for (int i : lut)
std::cout << i << std::endl;
}
如果您想要处理数组的本地副本,只需删除&符号。
我稍微扩展了Flexo和Andrew Tomazos的答案,以便用户可以指定计算范围和要评估的函数。
#include <array>
#include <iostream>
#include <iomanip>
template<typename ComputePolicy, int min, int max, int ... expandedIndices>
struct ComputeEngine
{
static const int lengthOfArray = max - min + sizeof... (expandedIndices) + 1;
typedef std::array<typename ComputePolicy::ValueType, lengthOfArray> FactorArray;
static constexpr FactorArray compute( )
{
return ComputeEngine<ComputePolicy, min, max - 1, max, expandedIndices...>::compute( );
}
};
template<typename ComputePolicy, int min, int ... expandedIndices>
struct ComputeEngine<ComputePolicy, min, min, expandedIndices...>
{
static const int lengthOfArray = sizeof... (expandedIndices) + 1;
typedef std::array<typename ComputePolicy::ValueType, lengthOfArray> FactorArray;
static constexpr FactorArray compute( )
{
return FactorArray { { ComputePolicy::compute( min ), ComputePolicy::compute( expandedIndices )... } };
}
};
/// compute 1/j
struct ComputePolicy1
{
typedef double ValueType;
static constexpr ValueType compute( int i )
{
return i > 0 ? 1.0 / i : 0.0;
}
};
/// compute j^2
struct ComputePolicy2
{
typedef int ValueType;
static constexpr ValueType compute( int i )
{
return i * i;
}
};
constexpr auto factors1 = ComputeEngine<ComputePolicy1, 4, 7>::compute( );
constexpr auto factors2 = ComputeEngine<ComputePolicy2, 3, 9>::compute( );
int main( void )
{
using namespace std;
cout << "Values of factors1" << endl;
for ( int i = 0; i < factors1.size( ); ++i )
{
cout << setw( 4 ) << i << setw( 15 ) << factors1[i] << endl;
}
cout << "------------------------------------------" << endl;
cout << "Values of factors2" << endl;
for ( int i = 0; i < factors2.size( ); ++i )
{
cout << setw( 4 ) << i << setw( 15 ) << factors2[i] << endl;
}
return 0;
}
这里有很多很棒的答案。 问题和标签指定c++11
,但是几年过去了,一些(像我一样)绊倒这个问题可能会对使用c++14
开放。 如果是这样,可以使用std::integer_sequence
非常干净简洁地完成这项工作; 此外,它可用于实例化更长的数组,因为当前的“我有最好的”受到递归深度的限制。
constexpr std::size_t f(std::size_t x) { return x*x; } // A constexpr function
constexpr std::size_t N = 5; // Length of array
using TSequence = std::make_index_sequence<N>;
static_assert(std::is_same<TSequence, std::integer_sequence<std::size_t, 0, 1, 2, 3, 4>>::value,
"Make index sequence uses std::size_t and produces a parameter pack from [0,N)");
using TArray = std::array<std::size_t,N>;
// When you call this function with a specific std::integer_sequence,
// the parameter pack i... is used to deduce the the template parameter
// pack. Once this is known, this parameter pack is expanded in
// the body of the function, calling f(i) for each i in [0,N).
template<std::size_t...i>
constexpr TArray
get_array(std::integer_sequence<std::size_t,i...>)
{
return TArray{{ f(i)... }};
}
int main()
{
constexpr auto s = TSequence();
constexpr auto a = get_array(s);
for (const auto &i : a) std::cout << i << " "; // 0 1 4 9 16
return EXIT_SUCCESS;
}
这是一个更简洁的答案,您可以在其中明确声明原始序列中的元素。
#include <array>
constexpr int f(int i) { return 2 * i; }
template <int... Ts>
struct sequence
{
using result = sequence<f(Ts)...>;
static std::array<int, sizeof...(Ts)> apply() { return {{Ts...}}; }
};
using v1 = sequence<1, 2, 3, 4>;
using v2 = typename v1::result;
int main()
{
auto x = v2::apply();
return 0;
}
这个怎么样?
#include <array>
#include <iostream>
constexpr int f(int i) { return 2 * i; }
template <int N, int... Ts>
struct t { using type = typename t<N - 1, Ts..., 101 - N>::type; };
template <int... Ts>
struct t<0u, Ts...>
{
using type = t<0u, Ts...>;
static std::array<int, sizeof...(Ts)> apply() { return {{f(Ts)...}}; }
};
int main()
{
using v = typename t<100>::type;
auto x = v::apply();
}
我认为这不是最好的方法,但可以尝试这样:
#include <array>
#include <iostream>
#include <numbers>
constexpr auto pi{std::numbers::pi_v<long double>};
template <typename T>
struct fun
{
T v;
explicit constexpr fun(T a) : v{a * a} {}
};
template <size_t N, typename T, typename F>
struct pcl_arr
{
std::array<T, N> d;
explicit constexpr pcl_arr()
: d{}
{
for (size_t i{}; i < N; d[i] = !i ? 0. : F(pi + i).v, ++i);
}
};
int main()
{
using yummy = pcl_arr<10, long double, fun<long double>>;
constexpr yummy pies;
std::array cloned_pies{pies.d};
// long double comparison is unsafe
// it's just for the sake of example
static_assert(pies.d[0] == 0.);
for (const auto & pie : pies.d) { std::cout << pie << ' '; } std::cout << '\n';
for (const auto & pie : cloned_pies) { std::cout << pie << ' '; } std::cout << '\n';
return 0;
}
godbolt.org x86-x64 gcc 11.2 -Wall -O3 -std=c++20 output:
0 17.1528 26.436 37.7192 51.0023 66.2855 83.5687 102.852 124.135 147.418
0 17.1528 26.436 37.7192 51.0023 66.2855 83.5687 102.852 124.135 147.418
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