在已經具有模板變量的函數中傳遞可變參數

Question

標題不好，但我無法提出更好的建議。 隨時更改它。

這是我當前正在處理的模板多維數組類。 我正在嘗試盡可能優化它：

#include <array>

template <typename T, std::size_t... Dimensions>
class multidimensional_array
{
    public:

        using value_type = T;
        using size_type = std::size_t;

    private:

        template<typename = void>
        static constexpr size_type multiply(void)
        {
            return 1u;
        }

        template<std::size_t First, std::size_t... Other>
        static constexpr size_type multiply(void)
        {
            return First * multidimensional_array::multiply<Other...>();
        }

    public:

        using container_type = std::array<value_type, multidimensional_array::multiply<Dimensions...>()>;
        using reference = value_type &;
        using const_reference = value_type const&;
        using iterator = typename container_type::iterator;

    private:

        container_type m_data_array;

        template<typename = void>
        static constexpr size_type linearise(void)
        {
            return 0u;
        }

        template<std::size_t First, std::size_t... Other>
        static constexpr size_type linearise(std::size_t index, std::size_t indexes...)
        {
            return multidimensional_array::multiply<Other...>()*index + multidimensional_array::linearise<Other...>(indexes);
        }

    public:

        // Constructor
        explicit multidimensional_array(const_reference value = value_type {})
        {
            multidimensional_array::fill(value);
        }

        // Accessors
        reference operator()(std::size_t indexes...)
        {
            return m_data_array[multidimensional_array::linearise<Dimensions...>(indexes)];
        }

        const_reference operator()(std::size_t indexes...) const
        {
            return m_data_array[multidimensional_array::linearise<Dimensions...>(indexes)];
        }

        // Iterators
        iterator begin()
        {
            return m_data_array.begin();
        }

        iterator end()
        {
            return m_data_array.end();
        }

        // Other
        void fill(const_reference value)
        {
            m_data_array.fill(value);
        }
};

我的主要功能是

int main(void)
{
    multidimensional_array<int, 2u, 3u, 4u, 5u, 6u> foo;
    int k = 0;

    for (auto& s : foo)
        s = k++;

    //std::cout << foo(0u, 0u, 0u, 1u, 0u) << std::endl;
    return 0;
}

上面的代碼編譯器沒有警告/錯誤。 一旦我取消注釋std::cout部分，我就會得到：

g++-7 -std=c++17 -o foo.o -c foo.cpp -Wall -Wextra -pedantic
foo.cpp: In instantiation of ‘multidimensional_array<T, Dimensions>::value_type& multidimensional_array<T, Dimensions>::operator()(std::size_t, ...) [with T = int; long unsigned int ...Dimensions = {2, 3, 4, 5, 6}; multidimensional_array<T, Dimensions>::reference = int&; multidimensional_array<T, Dimensions>::value_type = int; std::size_t = long unsigned int]’:
foo.cpp:99:37:   required from here
foo.cpp:60:72: error: no matching function for call to ‘multidimensional_array<int, 2, 3, 4, 5, 6>::linearise<2, 3, 4, 5, 6>(std::size_t&)’
    return m_data_array[multidimensional_array::linearise<Dimensions...>(indexes)];
                        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~
foo.cpp:38:30: note: candidate: template<class> static constexpr multidimensional_array<T, Dimensions>::size_type multidimensional_array<T, Dimensions>::linearise() [with <template-parameter-2-1> = <template-parameter-1-1>; T = int; long unsigned int ...Dimensions = {2, 3, 4, 5, 6}]
   static constexpr size_type linearise(void)
                              ^~~~~~~~~
foo.cpp:38:30: note:   template argument deduction/substitution failed:
foo.cpp:60:72: error: wrong number of template arguments (5, should be at least 0)
    return m_data_array[multidimensional_array::linearise<Dimensions...>(indexes)];
                        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~
foo.cpp:44:30: note: candidate: template<long unsigned int First, long unsigned int ...Other> static constexpr multidimensional_array<T, Dimensions>::size_type multidimensional_array<T, Dimensions>::linearise(std::size_t, std::size_t, ...) [with long unsigned int First = First; long unsigned int ...Other = {Other ...}; T = int; long unsigned int ...Dimensions = {2, 3, 4, 5, 6}]
   static constexpr size_type linearise(std::size_t index, std::size_t indexes...)
                              ^~~~~~~~~
foo.cpp:44:30: note:   template argument deduction/substitution failed:
foo.cpp:60:72: note:   candidate expects 2 arguments, 1 provided
    return m_data_array[multidimensional_array::linearise<Dimensions...>(indexes)];
                        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~
Makefile:17: recipe for target 'foo.o' failed
make: *** [foo.o] Error 1

我知道現在為什么。 我的問題是，如何解決linearise ，使其可以通過indexes而無需通過va_list等？ 不幸的是， linearise已經是模板，可變參數功能，因此在這方面，我不能使用可變參數模板。

Answer 1

與前面的問題一樣 ，問題在於以下簽名

template<std::size_t First, std::size_t... Other>
static constexpr size_type linearise(std::size_t index,
                                     std::size_t indexes...)

reference operator()(std::size_t indexes...)

const_reference operator()(std::size_t indexes...) const

不是您的意思（ indexes std::size_t的可變列表），但完全等同於

template<std::size_t First, std::size_t... Other>
static constexpr size_type linearise(std::size_t index,
                                     std::size_t indexes,
                                     ...)

reference operator()(std::size_t indexes, ...)

const_reference operator()(std::size_t indexes, ...) const

其中indexes是單個std::size_t后跟C樣式的可選參數序列。

一個簡單的解決方案（您標記了C ++ 17，但從C ++ 11開始可用）基於可變參數模板的使用。

舉例如下

template <std::size_t First, std::size_t ... Other, typename ... Ts>
static constexpr size_type linearise (std::size_t index,
                                      Ts ... indexes)
 { return multidimensional_array::multiply<Other...>() * index
        + multidimensional_array::linearise<Other...>(indexes...); }

  // Accessors
  template <typename ... Ts>
  reference operator() (Ts ... indexes)
   { return m_data_array[
        multidimensional_array::linearise<Dimensions...>(indexes...)]; }

  template <typename ... Ts>
  const_reference operator() (Ts ... indexes) const
   { return m_data_array[
        multidimensional_array::linearise<Dimensions...>(indexes...)]; }

以下是您的代碼，已修改且可編譯

#include <array>
#include <iostream>

template <typename T, std::size_t ... Dimensions>
class multidimensional_array
 {
   public:
      using value_type = T;
      using size_type  = std::size_t;

   private:
      template <typename = void>
      static constexpr size_type multiply ()
       { return 1u; }

      template <std::size_t First, std::size_t ... Other>
      static constexpr size_type multiply(void)
       { return First * multidimensional_array::multiply<Other...>(); }

   public:
      using container_type  = std::array<value_type,
               multidimensional_array::multiply<Dimensions...>()>;
      using reference       = value_type &;
      using const_reference = value_type const &;
      using iterator        = typename container_type::iterator;

   private:
      container_type m_data_array;

      template <typename = void>
      static constexpr size_type linearise ()
       { return 0u; }

      template <std::size_t First, std::size_t ... Other, typename ... Ts>
      static constexpr size_type linearise (std::size_t index,
                                            Ts ... indexes)
       { return multidimensional_array::multiply<Other...>() * index
              + multidimensional_array::linearise<Other...>(indexes...); }

   public:
      // Constructor
      explicit multidimensional_array (const_reference value = value_type{})
       { multidimensional_array::fill(value); }

      // Accessors
      template <typename ... Ts>
      reference operator() (Ts ... indexes)
       { return m_data_array[
            multidimensional_array::linearise<Dimensions...>(indexes...)]; }

      template <typename ... Ts>
      const_reference operator() (Ts ... indexes) const
       { return m_data_array[
            multidimensional_array::linearise<Dimensions...>(indexes...)]; }

      // Iterators
      iterator begin ()
       { return m_data_array.begin(); }

      iterator end ()
       { return m_data_array.end(); }

      // Other
      void fill (const_reference value)
       { m_data_array.fill(value); }
 };

int main ()
 {
   multidimensional_array<int, 2u, 3u, 4u, 5u, 6u> foo;

   int k{ 0 };

   for ( auto & s : foo )
      s = k++;

   std::cout << foo(0u, 0u, 0u, 1u, 0u) << std::endl;
 }

獎金建議。

您標記了C ++ 17，因此可以使用“折疊”。

因此，您可以替換成對的multiply()模板函數

  template <typename = void>
  static constexpr size_type multiply ()
   { return 1u; }

  template <std::size_t First, std::size_t ... Other>
  static constexpr size_type multiply ()
   { return First * multidimensional_array::multiply<Other...>(); }

與一個折疊的

  template <std::size_t ... Sizes>
  static constexpr size_type multiply ()
   { return ( 1U * ... * Sizes ); } 

Answer 2

我的方法類似於此答案中的方法 ，除了我不使用std::tuple存儲類型列表，而是定義了自己的類型size_t_pack來存儲size_t的（編譯時）列表。

using std::size_t;

template<size_t... values>
struct size_t_pack{};

template<size_t first_value,size_t... rest_values>
struct size_t_pack<first_value,rest_values...>{
    static constexpr size_t first=first_value;
    using rest=size_t_pack<rest_values...>;
    static constexpr size_t product=first*rest::product;
};

template<>struct size_t_pack<>{
    static constexpr size_t product=1;
};

定義成員： first ， rest （以防萬一，不為空）和product （因為據我所知，不可能使用template參數的模板來專門化一個函數，另一種選擇是if constexpr並使類型支持檢查empty

這樣，很容易定義linearize函數：

template<class dimensions,class... SizeTs>
static constexpr size_type linearise(std::size_t index, SizeTs... indices)
{
    using restDimensions=typename dimensions::rest;
    return restDimensions::product *index + 
    multidimensional_array::linearise<restDimensions>(indices...);
}

---

據我所知，盡管仍然需要對結構進行部分專業化，但也可以使用std::tuple存儲類型列表（ SizeTs ）。

Answer 3

你需要通過使做索引的參數包operator()函數模板，並展開參數包當您使用它通過把...算賬：

    template <class... DimensionType>
    const_reference operator()(DimensionType... indexes) const
    {
        return m_data_array[multidimensional_array::linearise<Dimensions...>(indexes...)];
    }

請參閱： 參數包擴展

由於linearize()中存在類似問題，因此代碼仍無法編譯，但這使您步入正軌。