将编译时值列表传递给函数的最佳方法？

Question

我正在尝试找到将编译时值列表传递给实用程序函数的最佳方法，作为基于真实用例的练习。该列表将进行一系列操作，结果值将用于运行时的另一个操作。以下是我找到的一些解决方案，简化为 MWE。

当然，实际用例中的操作要复杂得多，因此需要这些实用函数。

方案一：参数包

template <int number>
constexpr int sum() {
    return number;
}

template <int number, int next, int... rest>
constexpr int sum() {
    return number + sum<next, rest...>();
}

//API:

template <int... numbers>
inline void add(int& target) {
    target += sum<numbers...>();
}
...
int number = 0;
add<1, 2, 3, 4, 5>(number);

优点：

• 清洁 API
• 只需要 c++14

缺点：

• 带有递归的笨拙实现，当操作复杂时设计和阅读起来很痛苦

解决方案 2：std::array

template <size_t N, std::array<int, N> numbers>
constexpr int sum() {
    int ret = 0;
    for (int number : numbers)
        ret += number;
    return ret;
}

//API:

template <size_t N, std::array<int, N> numbers>
inline void add(int& target) {
    target += sum<N, numbers>();
}
...
int number = 0;
add<5, std::array{1, 2, 3, 4, 5}>(number);

优点：

• 简洁易读的实现，无论操作多么复杂，都易于设计

缺点：

• 超级笨重的 API，列表的大小必须单独指定
• 需要 c++20 才能将内联 std::array 作为非类型模板参数传递

解决方案 3：std::array 包装器

template <size_t N>
struct IntArray {
    constexpr IntArray(std::array<int, N> arr_) : arr(arr_) {}
    const std::array<int, N> arr;
};

template <IntArray numbers>
constexpr int sum() {
    int ret = 0;
    for (int number : numbers.arr)
        ret += number;
    return ret;
}

//API:

template <IntArray numbers>
inline void add(int& target) {
    target += sum<numbers>();
}
...
int target = 0;
add<IntArray<5>({1, 2, 3, 4, 5})>(target);

优点：

• 简洁易读的实现，无论操作多么复杂，都易于设计

缺点：

• （可以说）更少但仍然笨重的 API，列表的大小必须单独指定
• 需要 c++20 能够将内联 IntArray 作为非类型模板参数传递，并且至少能够在函数定义中省略 IntArray 模板参数值

解决方案 4：std::initializer_list

template <std::initializer_list<int> numbers>
constexpr int sum() {
    int ret = 0;
    for (int number : numbers)
        ret += number;
    return ret;
}

template <std::initializer_list<int> numbers>
inline void add(int& target) {
    target += sum<numbers>();
}
...
int target = 0;
add<{1, 2, 3, 4, 5}>(target);

优点：

• 简洁易读的实现，无论操作多么复杂，都易于设计
• 干净、可用和可读的 API

缺点：

• 实际上并没有编译（g++ 10.3.0 和gnu++2a）：‘std::initializer_list<int>’ is not a valid type for a template non-type parameter because it is not structural

说实话，我不知道“非结构性”是什么意思。鉴于std::initializer_list 显然完全是constexpr 和std::array 在相同的情况下工作，我实际上对这种方法不起作用感到惊讶和失望。标准中似乎有一个关于 std::initializer_list 字面性的错误：https://stackoverflow.com/a/28115954/1525238 无论如何，我确实认为这是一些非常酷的编译时魔法错失的机会。

问题：

您能否提出以任何可能的方式改进上述解决方案的任何方法，或提出其他解决方案？理想情况下，“最佳”解决方案将结合所有 API 和实现的简洁性和可读性，同时要求尽可能低的 c++ 标准。

Answer 1

感谢 HolyBlackCat 建议从包中初始化 std::array，我不知道这是可能的：

template <int... numbers>
constexpr int sum() {
    std::array<int, sizeof...(numbers)> arr = {numbers...};
    int ret = 0;
    for(int number : arr)
        ret += number;
    return ret;
}

//API:

template <int... numbers>
inline void add(int& target) {
    target += sum<numbers...>();
}
...
int number = 0;
add<1, 2, 3, 4, 5>(number);

这使得实现更加简洁。需要 c++17。