如何避免 C++ 类模板中的无限递归答案

【问题标题】：How to avoid infinite recursion in C++ class templates如何避免 C++ 类模板中的无限递归
【发布时间】：2009-08-09 20:00:49
【问题描述】：

我有一个矩阵类，其大小由模板参数决定。

template <unsigned cRows, unsigned cCols>
class Matrix {
    ...
};

我的程序使用几种尺寸的矩阵，通常是 2x2、3x3 和 4x4。通过使用模板参数而不是运行时参数设置矩阵大小，编译器可以进行大量内联和优化。

但现在我需要一个成员函数，它返回一个新矩阵，该矩阵少行一列。

Matrix<cRows - 1, cCols - 1> Reduced(unsigned row, unsigned col) const { ... }

这个想法是它将返回一个删除了指定行和列的矩阵。在实践中，这只会被一个至少包含三行和三列的矩阵调用，返回最小的 2x2。

编译器看不到下限，因此它陷入了无限递归，试图实例化大小不断减小的模板。我尝试在函数本身中添加两条线索，说明这些较小的尺寸不会出现：

Matrix<cRows - 1, cCols - 1> Reduced(unsigned row, unsigned col) const {
    static_assert(cRows > 1 && cCols > 1);
    if (cRows <= 1 || cCols <= 1) throw std::domain_error();
    Matrix<cRows - 1, cCols - 1> r;
    // ... initialize r ...
    return r;
}

static_assert 和 if-statement 似乎都不是一个足够强的线索，可以让编译器永远不会生成 0x0 矩阵。（具有讽刺意味的是，它确实抱怨 if-statement 具有恒定的编译时条件。）

有人对如何避免这种编译时无限递归有任何建议吗？

【问题讨论】：

标签： c++ templates recursion matrix

【解决方案1】：

您需要为没有行或没有列的 Matrix 提供特化。

例如

template<unsigned cRows>
class Matrix< cRows, 0 >
{
    Matrix<cRows - 1, 0> Reduced() { return Matrix<cRows - 1, 0>(); }
};


template<unsigned cCols>
class Matrix< 0, cCols >
{
    Matrix<0, cCols - 1> Reduced() { return Matrix<0, cCols - 1>(); }
};


template<>
class Matrix< 0, 0 >
{
    Matrix<0, 0> Reduced() { return Matrix<0, 0>(); }
};

您遇到的问题是，尝试使用一组特定的模板参数实例化 Matrix Reduced 函数总是需要为一组不同的参数（cRows - 1，cCols -1）实例化 Matrix 模板。这种递归必须在某个地方停止。如果您只处理方阵，那么您可以使用较少的专业化。

此外，如果您永远不会使用 1x1 矩阵（2x2 矩阵归约的结果），您可以使用完全空的类来停止递归。

template<>
class Matrix< 1, 1 > {};

【讨论】：

他说 2x2 是最小的，但我仍然认为这是最好的。可以添加const int MinimumRows、const int MinimumColumns，这样就可以调整了。
谢谢，成功了。我更进一步，将Reduced 设为非成员函数，这样更容易隔离特化。

【解决方案2】：

您可以为不包含该方法的小值 cRows 或 cCols 指定模板特化。

【讨论】：

【解决方案3】：

您似乎对编译时和运行时行为有点困惑，我对您的代码有点困惑，但我认为您想要的是值 0、0 的模板的特化，它终止递归。

如果您还没有，我建议您阅读 C++ Templates: The Complete Guide by Vandervoorde & Josuttis，详细介绍了这类事情。

【讨论】：

【解决方案4】：

您需要明确指定您希望递归结束的情况的行为。有关详细信息，请参阅this DDJ article。这是文章中的一个简单示例：

template<int n>
class META_FACTORIAL
{
public:
  enum{
    RET = n * META_FACTORIAL<n-1>::RET
  };
};

template<>
class META_FACTORIAL<0>
{
public:
  enum{ RET = 1 };
};

【讨论】：

【解决方案5】：

不是专门化整个类来终止递归，另一种选择可能是在函数上使用boost::enable_if，使其仅在矩阵大小大于 2x2 时可用。

【讨论】：