【问题标题】:Sort a tuple of integral constants at compile-time在编译时对整数常量的元组进行排序
【发布时间】:2015-12-11 23:12:46
【问题描述】:

在以下所有Tstd::integral_constant<int, X>

如何设计一个结构体和一个函数,将一个整数常量列表作为输入,并返回一个常量已排序的std::tuple<std::integral_constant<int, X>...>

template <class... T>
struct ordered_tuple;

template <class... T>
constexpr typename ordered_tuple<T...>::type make_ordered_tuple(T&&...);

用途是:

std::integral_constant<int, 5> i5;
std::integral_constant<int, 4> i4;
std::integral_constant<int, 9> i9;
std::integral_constant<int, 1> i1;
auto tuple = make_ordered_tuple(i5, i4, i9, i1); 

【问题讨论】:

  • 你看过 boost::mpl 吗?我以为这样的事情已经完成了。早在 C++11 之前,Aleksandrescu 就按照继承顺序对元组进行了排序 PS:boost.org/doc/libs/1_55_0/libs/mpl/doc/refmanual/sort.html
  • @MinorThreat:只使用可变参数模板、包扩展等来做一个纯粹的、自包含的 C++11 解决方案也非常有用,我猜这就是 OP 所追求的跨度>
  • 在 C++14 中,您可以将值插入std::array,使用插入排序或诸如此类的constexpr 实现对其进行排序,然后将数组解压缩为元组。在 C++11 中,它会更痛苦。你有 C++14 支持吗?
  • 在您的示例中,声明的make_ordered_tuple 将返回引用的ordered_tuple。这就是您想要的 - 对原始 i1i5 等对象的引用?如果没有,是否有理由使用 integral_constant&lt;...&gt; 类型的对象元组而不仅仅是简单的类型列表?

标签: c++ templates c++11 tuples metaprogramming


【解决方案1】:

这是一种方法。我实现了归并排序,它非常适合函数式编程。不到200行。其中大部分基于我在an earlier answer 中使用的元函数。这是基于许多其他人在 SO 问题中使用的东西,与 typelist 的基本操作等相关......

一种改进方法是减少所需的模板递归深度,目前是O(n)。我猜它可能是O(log n),但我不确定,这取决于你是否能找到重写merge 元函数的方法。 (与 Yakk 在另一个问题中指出的类似。)

#include <type_traits>

template <class... T>
struct TypeList {
  static constexpr const std::size_t size = sizeof...(T);
};

/***
 * Concat metafunction
 */

template <typename A, typename B>
struct Concat;

template <class... As, class... Bs>
struct Concat<TypeList<As...>, TypeList<Bs...>> {
  typedef TypeList<As..., Bs...> type;
};

template <typename A, typename B>
using Concat_t = typename Concat<A, B>::type;

/***
 * Split metafunction
 */

template <int i, typename TL>
struct Split;

template <int k, typename... TL>
struct Split<k, TypeList<TL...>> {
private:
  typedef Split<k / 2, TypeList<TL...>> FirstSplit;
  typedef Split<k - k / 2, typename FirstSplit::R> SecondSplit;

public:
  typedef Concat_t<typename FirstSplit::L, typename SecondSplit::L> L;
  typedef typename SecondSplit::R R;
};

template <typename T, typename... TL>
struct Split<0, TypeList<T, TL...>> {
  typedef TypeList<> L;
  typedef TypeList<T, TL...> R;
};

template <typename T, typename... TL>
struct Split<1, TypeList<T, TL...>> {
  typedef TypeList<T> L;
  typedef TypeList<TL...> R;
};

template <int k>
struct Split<k, TypeList<>> {
  typedef TypeList<> L;
  typedef TypeList<> R;
};

// Metafunction Subdivide: Split a typelist into two roughly equal typelists
template <typename TL>
struct Subdivide : Split<TL::size / 2, TL> {};

/***
 * Ordered tuple
 */

template <int X>
using int_t = std::integral_constant<int, X>;

template <class... T>
struct Ordered_List : TypeList<T...> {};

template <class... As, class... Bs>
struct Concat<Ordered_List<As...>, Ordered_List<Bs...>> {
  typedef Ordered_List<As..., Bs...> type;
};

/***
 * Merge metafunction
 */

template <typename A, typename B>
struct Merge;

template <typename B>
struct Merge<Ordered_List<>, B> {
  typedef B type;
};

template <int a, class... As>
struct Merge<Ordered_List<int_t<a>, As...>, Ordered_List<>> {
  typedef Ordered_List<int_t<a>, As...> type;
};

template <int a, class... As, int b, class... Bs>
struct Merge<Ordered_List<int_t<a>, As...>, Ordered_List<int_t<b>, Bs...>> {
  typedef Ordered_List<int_t<a>, As...> A;
  typedef Ordered_List<int_t<b>, Bs...> B;

  typedef typename std::conditional<a <= b,
                                    Concat_t<Ordered_List<int_t<a>>, typename Merge<Ordered_List<As...>, B>::type>,
                                    Concat_t<Ordered_List<int_t<b>>, typename Merge<A, Ordered_List<Bs...>>::type>
                                   >::type type;
};

template <typename A, typename B>
using Merge_t = typename Merge<A, B>::type;

/***
 * Mergesort metafunction
 */

template <typename TL>
struct MergeSort;

// Boilerplate base-cases
template <>
struct MergeSort<TypeList<>> {
  typedef Ordered_List<> type;
};

template <int X>
struct MergeSort<TypeList<int_t<X>>> {
  typedef Ordered_List<int_t<X>> type;
};

// Inductive step
template <int X, class... Xs>
struct MergeSort<TypeList<int_t<X>, Xs...>> {
  typedef TypeList<int_t<X>, Xs...> input_t;
  typedef Subdivide<input_t> subdivide_t;
  typedef typename MergeSort<typename subdivide_t::L>::type left_sort_t;
  typedef typename MergeSort<typename subdivide_t::R>::type right_sort_t;
  typedef Merge_t<left_sort_t, right_sort_t> type;
};

template <typename T>
using MergeSort_t = typename MergeSort<T>::type;

/***
 * Make ordered tuple impl
 */

#include <tuple>

template <typename T>
struct MakeStdTuple;

template <class... Ts>
struct MakeStdTuple<Ordered_List<Ts...>> {
  typedef std::tuple<Ts...> type;
};

template <typename T>
using MakeStdTuple_t = typename MakeStdTuple<T>::type;

template <class... T>
constexpr MakeStdTuple_t<MergeSort_t<TypeList<T...>>> make_ordered_tuple(T&&...) {
  return {};
}

static_assert(std::is_same<Ordered_List<int_t<1>, int_t<2>, int_t<3>>,
                           MergeSort_t<TypeList<int_t<1>, int_t<2>, int_t<3>>>>::value, "Failed a unit test");

static_assert(std::is_same<Ordered_List<int_t<1>, int_t<2>, int_t<3>>,
                           MergeSort_t<TypeList<int_t<2>, int_t<1>, int_t<3>>>>::value, "Failed a unit test");

static_assert(std::is_same<Ordered_List<int_t<1>, int_t<2>, int_t<3>>,
                           MergeSort_t<TypeList<int_t<3>, int_t<2>, int_t<1>>>>::value, "Failed a unit test");

int main() {}

【讨论】:

  • 另请注意:现在有一个显着的低效率,当它合并两个类型列表时,它使用 std::conditional 这与三元运算符不同,并且总是评估(实例化)两者它的论点。 (因为它只是一个简单的模板。)这意味着运行时间(在编译时)是2^O(n),比它应该的要糟糕得多。我想我知道如何解决这个问题,但我还没有解决这个问题。
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