在编译时生成 BitCount LUT

Question

假设我需要为 0...255 个值创建一个包含预先计算的位计数值（数字中 1 位的计数）的 LUT：

int CB_LUT[256] = {0, 1, 1, 2, ... 7, 8};

如果我不想使用硬编码值，我可以使用不错的模板解决方案How to count the number of set bits in a 32-bit integer?

template <int BITS>
int CountBits(int val) 
{
    return (val & 0x1) + CountBits<BITS-1>(val >> 1);
}

template<>
int CountBits<1>(int val) 
{
    return val & 0x1;
}

int CB_LUT[256] = {CountBits<8>(0), CountBits<8>(1) ... CountBits<8>(255)}; 

这个数组是在编译时完全计算出来的。有什么方法可以避免长列表，并使用某种模板甚至宏（对不起！）生成这样的数组，例如：

Generate(CB_LUT, 0, 255);  // array declaration
...
cout << CB_LUT[255];       // should print 8

备注。这个问题不是关于在一个数字中计算 1 位，它只是作为示例使用。我想完全在代码中生成这样的数组，而不使用外部代码生成器。数组必须在编译时生成。

编辑。 为了克服编译器限制，我找到了以下解决方案，基于 Bartek Banachewicz 代码：

#define MACRO(z,n,text) CountBits<8>(n)
int CB_LUT[] = {
    BOOST_PP_ENUM(128, MACRO, _)
};
#undef MACRO

#define MACRO(z,n,text) CountBits<8>(n+128)
int CB_LUT2[] = {
    BOOST_PP_ENUM(128, MACRO, _)
};
#undef MACRO

for(int i = 0; i < 256; ++i)   // use only CB_LUT
{
    cout << CB_LUT[i] << endl;
}

我知道这可能是UB……

Answer 1

使用（我最近为我的代码重新发现）Boost.Preprocessor 的宏会相当容易 - 我不确定它是否属于“不使用外部代码生成器”。

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PP_ENUM版本

感谢@TemplateRex 提供BOOST_PP_ENUM，正如我所说，我在PP 方面还不是很有经验:)

#include <boost/preprocessor/repetition/enum.hpp>

// with ENUM we don't need a comma at the end
#define MACRO(z,n,text) CountBits<8>(n)
int CB_LUT[256] = {
    BOOST_PP_ENUM(256, MACRO, _)
};
#undef MACRO

与PP_ENUM的主要区别在于它会自动在每个元素后添加逗号，并去掉最后一个。

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PP_REPEAT版本

#include <boost/preprocessor/repetition/repeat.hpp>
 
#define MACRO(z,n,data) CountBits<8>(n),
int CB_LUT[256] = {    
    BOOST_PP_REPEAT(256, MACRO, _)
};
#undef MACRO

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备注

它实际上非常简单易用，但您可以决定是否接受宏。我个人在 Boost.MPL 和模板技术方面遇到了很多困难，以找到易于阅读、简短且功能强大的 PP 解决方案，尤其是对于像这样的枚举。 PP 相对于 TMP 的另一个重要优势是编译时间。

至于末尾的逗号，所有合理的编译器都应该支持它，但如果你的不支持，只需将重复次数更改为 255 并手动添加最后一个大小写。

您可能还想将 MACRO 重命名为有意义的名称以避免可能的重新定义。

Answer 2

我喜欢这样做：

#define MYLIB_PP_COUNT_BITS(z, i, data) \
        CountBits< 8 >(i)

int CB_LUT[] = {
        BOOST_PP_ENUM(256, MYLIB_PP_COUNT_BITS, ~)
};

#undef MYLIB_PP_COUNT_BITS

• 与BOOST_PP_REPEAT 的区别在于BOOST_PP_ENUM 生成一个逗号分隔的值序列，因此无需担心逗号和最后一个情况的行为。
• 此外，建议使用 NAMESPACE_PP_FUNCTION 命名方案使您的宏真正响亮和令人讨厌。
• 一个小配置就是在数组大小中省略[256] 以支持[]，以便您以后可以更轻松地修改它。
• 最后，我建议您制作 CountBit 函数模板 constexpr，以便您也可以初始化 const 数组。