valarray 划分它的元素

Question

当我将 valarray 除以其第一个元素时，只有第一个元素变为 1，其他元素保持其原始值。

#include <iostream>
#include <valarray>
using namespace std;

int main() {
    valarray<double> arr({5,10,15,20,25});
    arr=arr/arr[0]; // or arr/=arr[0];

    for(int value:arr)cout << value << ' ';
    return 0;
}

实际输出为：

1 10 15 20 25

预期的输出是：

1 2 3 4 5

为什么实际输出不如预期？

我使用 g++(4.8.1) 和 -std=c++11

Answer 1

这个有效：

#include <iostream>
#include <valarray>
using namespace std;

int main() {
    valarray<double> arr({5,10,15,20,25});
    auto v = arr[0];
    arr=arr/v; // or arr/=arr[0];

    for(int value:arr)cout << value << ' ';
    return 0;
}

问题是您正在尝试使用同时修改的数组中的值 (arr[0]) (arr)。
直观地说，一旦您通过执行arr[0]/arr[0] 更新了arr[0]，它包含什么值？
嗯，这就是从现在开始用来划分其他值的值...
请注意，这同样适用于arr/=arr[0]（首先，arr[0]/arr[0] 发生在 for 循环或类似的东西中，而不是其他所有）。
还要注意documentation 中的operator[] 的std::valarray 返回T&。这证实了上面的假设：它作为迭代的第一步转向1，然后所有其他操作都无用。
只需复制它即可解决问题，如示例代码所示。

Answer 2

为什么会发生这种情况的细节是由于valarray 中使用的实现技巧来提高性能。 libstdc++ 和 libc++ 都使用expression templates 作为valarray 操作的结果，而不是立即执行操作。这是 C++ 标准中的 [valarray.syn] p3 明确允许的：

任何返回 valarray<T> 的函数都可以返回另一种类型的对象，前提是所有 valarray<T> 的 const 成员函数也适用于这种类型。

在您的示例中发生的情况是 arr/arr[0] 不会立即执行除法，而是返回像 _Expr<__divide, _Valarray, _Constant, valarray<double>, double> 这样的对象，该对象具有对 arr 的引用和对 arr[0] 的引用。当该对象被分配给另一个valarray 时，将执行除法运算并将结果直接存储到分配的左侧（这避免了创建临时valarray 来存储结果然后将其复制到左侧-手边）。

因为在您的示例中，左侧是同一个对象 arr，这意味着一旦 arr 中的第一个元素被删除，存储在表达式模板中的对 arr[0] 的引用将引用不同的值结果更新。

换句话说，最终的结果是这样的：

valarray<double> arr{5, 10, 15, 20, 25};
struct DivisionExpr {
  const std::valarray<double>& lhs;
  const double& rhs;
};
DivisionExpr divexpr = { arr, arr[0] };
for (int i = 0; i < size(); ++i)
  arr[i] = divexpr.lhs[i] / divexpr.rhs;

for循环的第一次迭代将arr[0]设置为arr[0] / arr[0]，即arr[0] = 1，然后所有后续迭代将设置arr[i] = arr[i] / 1，这意味着值不会改变。

我正在考虑对 libstdc++ 实现进行更改，以便表达式模板将直接存储 double 而不是保存引用。这意味着arr[i] / divexpr.rhs 将始终评估arr[i] / 5 而不会使用arr[i] 的更新值。