C++14：如何通过模板参数对可变参数输入进行分组？

Question

假设我有两个班级：

template <unsigned N>
class Pixel {
    float color[N];
public:
    Pixel(const std::initializer_list<float> &il)
    {
      // Assume this code can create a Pixel object from exactly N floats, and would throw a compiler error otherwise

    }
};

template <unsigned N>
class PixelContainer {
    std::vector<Pixel<N>> container;
};

我要做的是为PixelContainer 编写一个构造函数，这样： 它会在以下情况下正确实例化（例如，并非详尽无遗）：

PixelContainer<3> pc1(1, 2, 3)          // Creates a container containing one Pixel<3> objects
PixelContainer<3> pc2(1, 2, 3, 4, 5, 6) // Creates a container containing 2 Pixel<3> objects
PixelContainer<2> pc3(1, 2, 3, 4, 5, 6) // Creates a container containing 3 Pixel<2> objects

以下情况无法编译（例如，并非详尽无遗）：

PixelContainer<3> pc4(2, 3) // Not enough arguments
PixelContainer<2> pc5(1, 2, 3, 4, 5) // Too many arguments

如何使用模板元编程实现上述目标？我觉得它应该是可以实现的，但不知道如何实现。具体来说，我确实不想自己进行分组，例如

PixelContainer<2> pc2({1, 2}, {3, 4}, {5, 6}) // Creates a container containing 3 Pixel<2> objects

（请参阅question 了解我背后的灵感）

Answer 1

template<class T, std::size_t I, std::size_t...Offs, class Tup>
T create( std::index_sequence<Offs...>, Tup&& tup ) {
  return T( std::get<I+Offs>(std::forward<Tup>(tup))... );
}

template <unsigned N>
struct Pixel {
    float color[N];

    template<class...Ts,
        std::enable_if_t< sizeof...(Ts)==N, bool > = true
    >
    Pixel(Ts&&...ts):color{ std::forward<Ts>(ts)... } {};
};

template <unsigned N>
struct PixelContainer {

    std::vector<Pixel<N>> container;
    template<class T0, class...Ts,
      std::enable_if_t<!std::is_same<std::decay_t<T0>, PixelContainer>{}, bool> =true
    >
    PixelContainer(T0&& t0, Ts&&...ts):
      PixelContainer( std::make_index_sequence<(1+sizeof...(Ts))/N>{}, std::forward_as_tuple( std::forward<T0>(t0), std::forward<Ts>(ts)... ) )
    {}
    PixelContainer() = default;
private:
  template<class...Ts, std::size_t...Is>
  PixelContainer( std::index_sequence<Is...>, std::tuple<Ts&&...>&& ts ):
    container{ create<Pixel<N>, Is*N>( std::make_index_sequence<N>{}, std::move(ts) )... }
  {}
};

create 采用类型、起始索引和偏移索引序列。然后它需要一个元组。

然后它从（起始索引）+（每个偏移量）创建类型并返回它。

我们在 PixelContainer 的私有 ctor 中使用它。对于每个像素在tuple 中的元素，它都有一个索引序列元素。

我们将索引序列元素乘以 N，即每个索引序列的元素数，然后将其传递给创建。此外，我们为偏移量和主元组传入一个 0,...,N-1 的索引序列。

然后我们将其解压缩到 {} 封闭的 ctor 中，用于 container。

公共 ctor 只是转发到具有每个元素一个的正确索引包的私有 ctor（等于参数计数/N）。它有一些 SFINAE 烦人 enable_if_t 的东西，以避免它吞下应该去复制 ctor 的东西。

Live example.

还有，

  std::enable_if_t<0 == ((sizeof...(Ts)+1)%N), bool> =true

可能是对 PixelContainer 的公共 ctor 的一个有用的 SFINAE 补充。

没有它，我们只需向下舍入并丢弃传递给PixelContainer 的“额外”元素。有了它，如果我们有额外的元素（即不是 N 的倍数），我们会得到“找不到 ctor”。

Answer 2

也做了一些事情，这比@Yakk 的回答更依赖于编译器的性能优化。

它使用临时的std::arrays。 temp 用于将传递的值存储在某处。 temp_pixels 用于从temp 复制像素数据。最后将temp复制到container。

我相信那些数组确实会被优化掉，但我不确定。看看godbolt，它们似乎是，但我不擅长阅读编译器汇编输出:)

#include <array>
#include <algorithm>
#include <cstddef>
#include <vector>

template <unsigned N>
struct Pixel {
    float color[N]; // consider std::array here
};

template <unsigned N>
class PixelContainer {
    std::vector<Pixel<N>> container;

public:
    template<class... Ts>
    PixelContainer(Ts... values)
    {
        static_assert(sizeof...(Ts) % N == 0, "Pixels should be grouped by 3 values in PixelContainer constructor");
        const std::array<float, sizeof...(Ts)> temp{float(values)...};
        std::array<Pixel<N>, sizeof...(Ts) / N> temp_pixels{};

        for (std::size_t i = 0; i < sizeof...(Ts); i += N)
        {
            auto& pixel = temp_pixels[i / N];

            std::copy(
                temp.begin() + i, temp.begin() + i + N,
                pixel.color
            );
        }

        container = std::vector<Pixel<N>>(temp_pixels.begin(), temp_pixels.end());
    }
};

int main()
{
    PixelContainer<3> pc1(1, 2, 3);          // Creates a container containing one Pixel<3> objects
    PixelContainer<3> pc2(1, 2, 3, 4, 5, 6); // Creates a container containing 2 Pixel<3> objects
    PixelContainer<2> pc3(1, 2, 3, 4, 5, 6); // Creates a container containing 3 Pixel<2> objects

/*
    PixelContainer<3> pc4(2, 3); // Not enough arguments
    PixelContainer<2> pc5(1, 2, 3, 4, 5); // Too many arguments
*/
}

Answer 3

我会建议一些混合版本，仍然有一个临时数组，但没有临时像素

template <unsigned N>
struct PixelContainer {

    template<std::size_t S, std::size_t... elts>
    auto createOne(const std::array<float, S> &arr, std::size_t offset,
                   std::index_sequence<elts...>) {
        return Pixel<N>{ arr[offset + elts]... };
    }

    template<typename... Floats>
    PixelContainer(Floats... vals) {
        static_assert(sizeof...(vals) % N == 0, "invalid number of args");
        std::array<float, sizeof...(vals)> arr = { float(vals)... };
        for (size_t i = 0; i < sizeof...(vals) / N; i++) {
            container.push_back(createOne(arr, i * N, std::make_index_sequence<N>{}));
        }

    }
    std::vector<Pixel<N>> container;
};

Answer 4

我认为您提供的链接（C++ number of function's parameters fixed by template parameter）中已经给出了答案。你只需要在那里更改断言：而不是sizeof...(Floats) == N，你需要sizeof...(Floats) % N == 0。