c++ - 通过引用可变函数传递 A-N-D 数组

Question

我想让函数 multi_dimensional 通过引用接受多维数组。

这可以通过以下适用于 three_dimensional 的语法变体来完成吗？

#include <utility>

// this works, but number of dimensions must be known (not variadic)
template <size_t x, size_t y, size_t z>
void three_dimensional(int (&nd_array)[x][y][z]) {}

// error: parameter packs not expanded with ‘...’
template <size_t... dims>
void multi_dimensional(int (&nd_array)[dims]...) {}

int main() {
    int array[2][3][2] = {
        { {0,1}, {2,3}, {4,5} },
        { {6,7}, {8,9}, {10,11} }
    };
    three_dimensional(array); // OK
    // multi_dimensional(array); // error: no matching function
    return 0;
}

Answer 1

主要问题是您不能使数组维数本身可变。因此，无论采用哪种方式，您几乎肯定需要某种递归方法来处理各个数组层。这种方法究竟应该是什么样子，主要取决于您计划在收到阵列后如何处理它。

如果您真的想要一个可以给定任何多维数组的函数，那么只需编写一个可以给定除only exists以外的任何东西的函数。只要那是一个数组:

template <typename T>
std::enable_if_t<std::is_array_v<T>> multi_dimensional(T& a)
{
    constexpr int dimensions = std::rank_v<T>;

    // ...
}

但是，这本身很可能不会让您走得很远。要对给定的数组做任何有意义的事情，您很可能需要对子数组进行一些递归遍历。除非您真的只想查看结构的最顶层。

另一种方法是使用递归模板剥离各个数组级别，例如:

// we've reached the bottom
template <typename T, int N>
void multi_dimensional(T (&a)[N])
{
    // ...
}

// this matches any array with more than one dimension
template <typename T, int N, int M>
void multi_dimensional(T (&a)[N][M])
{
    // peel off one dimension, invoke function for each element on next layer
    for (int i = 0; i < N; ++i)
        multi_dimensional(a[i]);
}

但是，我建议至少考虑使用 std::array<>而不是原始数组，因为原始数组的语法和特殊行为往往会立即将所有内容变成一团糟。通常，实现您自己的多维数组类型可能是值得的，例如 NDArray<int, 2, 3, 2>。它在内部使用扁平表示，只是将多维索引映射到线性索引。这种方法的一个优点(除了更清晰的语法之外)是您可以轻松更改映射，例如，从行优先布局切换到列优先布局，例如，用于性能优化……

要实现具有静态维度的通用 nD 数组，我将引入一个辅助类来封装从 nD 索引递归计算线性索引:

template <std::size_t... D>
struct row_major;

template <std::size_t D_n>
struct row_major<D_n>
{
    static constexpr std::size_t SIZE = D_n;

    std::size_t operator ()(std::size_t i_n) const
    {
        return i_n;
    }
};

template <std::size_t D_1, std::size_t... D_n>
struct row_major<D_1, D_n...> : private row_major<D_n...>
{
    static constexpr std::size_t SIZE = D_1 * row_major<D_n...>::SIZE;

    template <typename... Tail>
    std::size_t operator ()(std::size_t i_1, Tail&&... tail) const
    {
        return i_1 + D_1 * row_major<D_n...>::operator ()(std::forward<Tail>(tail)...);
    }
};

然后:

template <typename T, std::size_t... D>
class NDArray
{
    using memory_layout_t = row_major<D...>;

    T data[memory_layout_t::SIZE];

public:
    template <typename... Args>
    T& operator ()(Args&&... args)
    {
        memory_layout_t memory_layout;
        return data[memory_layout(std::forward<Args>(args)...)];
    }
};


NDArray<int, 2, 3, 5> arr;

int main()
{
    int x = arr(1, 2, 3);
}