n维数组构造函数的模板规范

Question

我正在实现一个 n 维数组类，它是一个模板，如下所示（注意数据存储在一个线性数组中，其长度是所有维度的乘积）：

template< class valType, int rank >
class NDimensionalArray
{
public:

private:
    valType* m_data;
    int* m_dimensions;
    int m_rank;
};

所以这个想法是用户（我）可以指定一个等级为 2 且具有特定维度的数组，即：

NDimensionalArray<double,2> matrix(10,10);

现在的困难在于为 1->n 维专门构造构造函数，每个构造函数接受 n 个参数，其中 n 是数组的秩。现在我想到了在 printf() 中使用类似 valarray 的方法，但是这样定义了一个 2 维的一维数组，即：

NDimensionalArray<double,1> matrix(10,10);

将是完全可以接受的行为。我可以使用一些巧妙的技巧让编译器进行重复吗？实际上，只要我知道等级，并且具有每个维度的长度，构造函数就可以是通用的：

{
    int nElements = m_dimensions[0];
    for ( int i=1 ; i<m_rank ; ++i )
        nElements *= m_dimensions[i];
    m_data = new valType[nElements];
}

编辑：请注意，访问者也需要类似的操作。

我还考虑过构造函数的选项，如下所示：

NDimensionalArray( const NDimensionalArray<int,1>& dimensions );

可以这样使用：

NDimensionalArray<int,1> dimVec(2); // Need a specification for 1-dimensional arrays.
dimVec(0) = 10;
dimVec(1) = 10;
NDimensionalArray<double,2> matrix(dimVec);

这将是一个可行的解决方案，但与我想要的用途相比，它很难看。访问多维数组也会变得非常痛苦，并且必须为每次访问构建一个维度向量非常缓慢。

Answer 1

好的，我已经玩了一段时间了。这是一些模板元编程黑客，可以做一些接近你想要的事情。它允许您内联指定所有维度，它不执行任何动态内存分配或其他类似的事情。此外，使用良好的 C++ 编译器（我使用 VC++ /O2 选项进行了测试），代码将被完全内联，没有复制（事实上，对我来说，它在调用点内联了整个 NDimensionalArray 构造函数）。它将在编译时完全进行类型检查，并且不会让您传递太少或太多的维度。并且它可以重复用于索引器。如下：

template<class T, int N>
class value_pack : private value_pack<T, N-1>
{
public:

    enum { size = N };

    value_pack(value_pack<T, N-1> head, const T& tail)
        : value_pack<T, N-1>(head)
        , value(tail)
    {
    }

    value_pack<T, N+1> operator() (const T& tail) const
    {
        return value_pack<T, N+1>(*this, tail);
    }

    template<int I>
    const T& get() const
    {
        return this->value_pack<T, I+1>::value;
    }

protected:

    const T value;
};

template<class T>
struct value_pack<T, 0>
{
};

struct
{
    template <class T>
    value_pack<T, 1> operator() (const T& tail) const
    {
        return value_pack<T, 1>(value_pack<T, 0>(), tail);
    }
} const values;


template <class ValType, int Rank>
struct NDimensionalArray
{
    NDimensionalArray(value_pack<ValType, Rank> values)
    {
        // ...
    }
};


int main()
{
    NDimensionalArray<int, 3> a(values(1)(2)(3));
}

Answer 2

我认为最好的解决方案是采用整数向量并让构造函数根据模板参数“rank”对其进行验证。

NDimensionalArray matrix(std::vector<int> matrixDimensions) 
{
    if (matrixDimensions.size() != rank) 
    {
        throw SomeException();
    }

    ...
}

我认为这里没有任何编译器技巧可以替代。 （除了 perhps 使用宏，如果你能想到一些东西，虽然严格来说这不是 编译器 把戏。）

Answer 3

不是直接的答案，但请查看 blitz 库。

Answer 4

按照目前的标准化，在 C++ 中没有很好的方法。在 C++0x 中，您将能够使用模板参数包来近似（我认为我的语法正确，但不确定 requires 中的扩展）：

template <class ValType, int Rank>
struct NDimensionalArray
{
    template <class... Args>
    requires std::SameType<Args, ValType>... && std::True<sizeof...(Args) == Rank>
    NDimensionalArray(Args... values)
    {
        ...
    }
};

Answer 5

您可以使用 std::tr1::array。嗯：

#include <array>

template< class valType, int rank >
class NDimensionalArray
{
public:
   NDimensionalArray(const std::tr1::array<rank>& dims);
   // ...
};

NDimensionalArray<double,2> foo({10,10});

NDimensionalArray<double,2> bar({10}); // second dimension would be 0

NDimensionalArray<double,1> baz({10,10}); // compile error?

我实际上不确定这是否有效！我会通过 Comeau 运行它。

已编辑根据 cmets，这种方法看起来更像：

std::tr1::array<2> dims = {10, 10};
NDimensionalArray<double,2> foo(dims);

Answer 6

Boost 有一个multi-array 库，它使用自定义对象来构造它们的多维数组。这是一个非常好的方法；我建议你研究（或者更好的是，使用）他们的代码。