c++ - `constexpr` `std::array` 的二元运算

Question

我想写一个 constexpr 函数，减少给定的 std::array用二元运算。 IE。实现的函数

template <typename T, std::size_t N>
reduce(std::array<T, N>, binary_function);

为了简单起见，我想从加法开始。例如

sum(std::array<int, 5>{{1,2,3,4,5}});  // returns 15.

到目前为止我得到了什么。

我使用常用​​的索引技巧来索引数组元素。 IE。生成 int序列，可用于通过参数列表扩展进行索引。

template <int... Is>
struct seq {};
template <int I, int... Is>
struct gen_seq : gen_seq<I - 1, I - 1, Is...> {};
template <int... Is>
struct gen_seq<0, Is...> : seq<Is...> {};  // gen_seq<4> --> seq<0, 1, 2, 3>

sum然后通过可变模板递归定义函数。

// The edge-condition: array of one element.
template <typename T>
constexpr T sum(std::array<T, 1> arr, decltype(gen_seq<0>{})) {
    return std::get<0>(arr);
}

// The recursion.
template <typename T, std::size_t N, int... Is>
constexpr auto sum(std::array<T, N> arr, seq<Is...>) -> decltype(T() + T()) {
    return sum(std::array<T, N - 1>{ { std::get<Is>(arr)... } },
                gen_seq<N - 2>()) +
           std::get<N - 1>(arr);
}

// The interface - hides the indexing trick.
template <typename T, std::size_t N>
constexpr auto sum(std::array<T, N> arr)
    -> decltype(sum(arr, gen_seq<N - 1>{})) {
    return sum(arr, gen_seq<N - 1>{});
}

Here你可以看到它的实际效果。

问题

此实现有效。但是，现阶段我确实有几个问题。

1. 有什么办法可以为这个函数添加 perfect-forward 吗？这有意义吗？或者我应该将这些数组声明为 const-references？
2. 到目前为止的假设是，归约的返回类型是 decltype(T()+T()) . IE。添加两个元素时得到的结果。虽然在大多数情况下这对于加法应该是正确的，但对于一般的减少可能不再适用。有没有办法获得 a[0] + (a[1] + (a[2] + ... ) ) 的类型？ ？我试过类似 this 的东西, 但我不知道如何生成 <T, T, T, ...> 的模板参数列表.

Answer 1

我的回答是基于我自己对此类人员的实现。

我更喜欢一般的 reduce(或 fold，或 accumulate)函数直接在元素上操作作为它自己的函数参数，而不是像 std::array 这样的容器。 .这样，不是在每次递归中都构造一个新数组，而是将元素作为参数传递，我想编译器更容易内联整个操作。另外它更灵活，例如可以直接使用或在 std::tuple 的元素上使用.一般密码是here .我在这里重复主要功能:

 template <typename F>
 struct val_fold
 {
    // base case: one argument
    template <typename A>
    INLINE constexpr copy <A>
    operator()(A&& a) const { return fwd<A>(a); }

    // general recursion
    template <typename A, typename... An>
    INLINE constexpr copy <common <A, An...> >
    operator()(A&& a, An&&... an) const
    {
       return F()(fwd<A>(a), operator()(fwd<An>(an)...));
    }
 };

很抱歉，这里充满了我自己的定义，所以这里有一些帮助:F是定义二元运算的函数对象。 copy是我对 std::decay 的概括在数组和元组中递归。 fwd只是std::forward的快捷方式.同样，common只是std::common_type的快捷方式但旨在进行类似的概括(一般来说，每个操作都可能产生一个表达式模板用于延迟评估，这里我们强制评估)。

你会如何定义sum使用以上？先定义函数对象，

struct sum_fun
{
    template <typename A, typename B>
    INLINE constexpr copy <common <A, B> >
    operator()(A&& a, B&& b) const { return fwd<A>(a) + fwd<B>(b); }
};

然后就

using val_sum = val_fold<sum_fun>;

当以 std::array 开头时，你会怎么调用它？ ？好吧，一旦你有了你的 Is... , 你只需要

val_sum()(std::get<Is>(arr)...);

您可以将其包装在您自己的界面中。请注意，在 C++14 中，std::array::operator[]是 constexpr，所以这就是

val_sum()(arr[Is]...);

现在，回答您的问题:

1) 转发:是，std::get正在将数组元素转发到 val_sum ，它递归地将所有内容转发给自己。所以剩下的就是你自己的接口(interface)来转发输入数组，例如

template <typename A, /* enable_if to only allow arrays here */>
constexpr auto sum(A&& a) -> /* return type here */
{
    return sum(std::forward<A>(a), gen_seq_array<A>{});
}

等等，其中 gen_seq_array将采用 A 的原始类型( std::remove_ref 、 std::remove_cv 等)，推导出 N , 并调用 gen_seq<N>{} .如果数组元素具有移动语义，则转发是有意义的。它应该无处不在，例如val_sum的来电上面会是这样的

val_sum()(std::get<Is>(std::forward<A>(a))...);

2) 返回类型:如您所见，我正在使用 std::common_type 作为返回类型，应该为 sum 做和最常见的算术运算。这已经是可变的。如果您想要自己的类型函数，可以很容易地使用模板递归从二进制类型函数中创建可变参数。

我自己的版本common是here .它有点复杂，但它仍然是一个包含一些 decltype 的递归模板。做实际的工作。

无论如何，这比您需要的更通用，因为它是为任意数量的任何给定类型定义的。你只有一种类型 T在你的阵列中，所以你拥有的应该足够了。