C++17 函数模板中的静态数组初始化 (MSVC 2019)

Question

我正在寻找一种方便有效的方法来初始化函数模板中的静态数组。例如，假设我们有一个这样的函数：

template <size_t windowSize>
int process_signal(int currentSignal)
{    
    // incorrect: inits only 3 elements; want to set all values to -1
    static std::array<int, windowSize> window = { -1, -1, -1 }; 
    // do something...
}

这样我只能用 -1 初始化前 3 个元素，但不能全部初始化。

到目前为止，我提出的最佳解决方案是使用 constexpr 函数进行编译时初始化：

template <size_t sz, int value>
constexpr std::array<int, sz> init_array() 
{
    std::array<int, sz> arr{};
    //arr.fill(-1); // will be constexpr since C++20

    // operator [] is constexpr in C++17
    for (int i = 0; i < sz; ++i)
        arr[i] = value;

    return arr;
}


template <size_t windowSize>
int process_signal(int currentSignal)
{    
    // works fine, but extra variable needed
    constexpr static std::array<int, windowSize> init_value = init_array<windowSize, -1>();
    static std::array<int, windowSize> window = init_value;

    // window will be updated...
}

这样我可以在编译时初始化一次数组。但是，它需要一个额外的constexpr 变量（在我的情况下为init_value）来绑定init_array() 函数的结果。如果我在没有它的情况下尝试相同的操作，init_array() 将作为普通函数调用（因此初始化不再是编译时）：

template <size_t windowSize>
int process_signal(int currentSignal)
{    
    // no longer compile-time in MSVC2019
    static std::array<int, windowSize> window = init_array<windowSize, -1>();

    // window will be updated...
}

如果没有额外的constexpr 变量，是否可以做同样的事情？或者，也许它只是特定于我的编译器（MSVC 2019）？

Answer 1

不需要你的额外变量，只需写：

static auto window = init_array<windowSize, -1>();

初始化器仍然是一个常量表达式，应该由编译器在编译时计算。

如果您的编译器由于某种原因没有正确优化它，那么您可以使用 lambda 来存储中间 constexpr 变量：

static auto window = []{ constexpr auto x = init_array<windowSize, -1>(); return x; }();

或者你可以把它放在一个单独的函数中，例如在init_array:

template <size_t sz, int value>
constexpr std::array<int, sz> init_array() 
{
    constexpr auto x = []{
        std::array<int, sz> arr{};
        //arr.fill(-1); // will be constexpr since C++20

        // operator [] is constexpr in C++17
        for (int i = 0; i < sz; ++i)
            arr[i] = value;

        return arr;
    }();
    return x;
}

您可以使函数更加通用：

template <std::size_t S, typename T>
constexpr auto init_array(const T& value) 
{
    return std::apply([&](auto... pack){
        return std::array{((void)pack, value)...};
    }, std::array<int, S>{});
}

用作

static auto window = init_array<windowSize>(-1);

或

template <std::size_t S, auto value>
constexpr auto init_array() 
{
    constexpr auto x = std::apply([](auto... pack){
        return std::array{((void)pack, value)...};
    }, std::array<int, S>{});
    return x;
}

用作

static auto window = init_array<windowSize, -1>;

强制编译时评估（直到复制）。