展开两个参数包

Question

考虑以下代码：

static constexpr size_t Num {2};
struct S {
    std::array<size_t, Num> get () { return {1, 2}; }
};

struct S1 : S {};
struct S2 : S {};

struct M {
    template <typename T>
    typename std::enable_if<std::is_same<T, S1>::value, S1>::type get () const { 
        return S1 {}; 
    }

    template <typename T>
    typename std::enable_if<std::is_same<T, S2>::value, S2>::type get () const { 
        return S2 {}; 
    }
};

我想要一个函数，将两个或多个std::arrays 合并为一个std::array。

到目前为止，我以这样的方式结束：

template <typename Mode, typename... Rs, size_t... Ns>
std::array<size_t, sizeof... (Rs)*Num> get_array (const Mode& mode, Sequence::Sequence<Ns...>) {
    return {std::get<Ns> (mode.template get<Rs...> ().get ())...};
}

我想要下面的代码

M m;
auto x = get_array<M, S1, S2> (m, Sequence::Make<2> {});

产生std::array<size_t, 4> 填充{1, 2, 1, 2}。

其中Sequence::Sequence 和Sequence::Make 是described here。

我知道在这种情况下放置 Rs 的 ... 是不正确的（如果 sizeof... (Rs) 为 1 则很好，返回 std::array<size_t, 2> 和 {1, 2}）但我不知道放在哪里进行如下所示的扩展：

std::get<0> (mode.template get<Rs[0]> ().get ()), 
std::get<1> (mode.template get<Rs[0]> ().get ()),
std::get<0> (mode.template get<Rs[1]> ().get ()), 
std::get<1> (mode.template get<Rs[1]> ().get ());

当然Rs[0] 我的意思是参数包中的第一个类型。

有可能吗？

Answer 1

假设我们使用Xeo's index sequence 实现，我们可以这样做：

首先创建一个用于连接两个数组的函数。它接收数组，加上每个数组的索引序列（detail::seq 是 index_sequence 类型）

template<class T, size_t N, size_t M, size_t... I, size_t... J>
std::array<T, N + M> concat(const std::array<T, N>& arr1, const std::array<T, M>& arr2, detail::seq<I...>, detail::seq<J...>)
{
     return {arr1[I]..., arr2[J]...};
}

接下来，从您的 get_array 函数中调用此函数，但我们将从 main 中的调用中收到的 seq 加倍：

template<class MODE, class... T, size_t... I>
auto get_array(MODE m, detail::seq<I...>) ->decltype(concat(m.template get<T>().get()..., detail::seq<I...>{}, detail::seq<I...>{})){
    return concat(m.template get<T>().get()..., detail::seq<I...>{}, detail::seq<I...>{});
}

main 中的调用看起来就像在您的代码中一样：

M m;
auto x = get_array<M, S1, S2>(m, detail::gen_seq<2>{});

detail::gen_seq 是 Xeo 的 make_index_sequence 的实现。

Live Demo

请注意，我在 Xeo 的索引序列 impl 中将 unsigned 替换为 size_t。

在 C++14 中，我们不需要实现 seq 或 gen_seq，我们也不需要在函数后面加上 -> decltype()。

在 C++17 中，使用折叠表达式更容易将我们的串联泛化为任意数量的数组。

Answer 2

是的，这可以通过标准的index_sequence 技巧来完成：

template <class T, std::size_t N1, std::size_t N2, std::size_t ... Is, std::size_t ... Js>
std::array<T, N1 + N2> merge_impl(const std::array<T, N1>& a1,
                                  const std::array<T, N2>& a2, 
                                  std::index_sequence<Is...>,
                                  std::index_sequence<Js...>) {
    return {a1[Is]..., a2[Js]...};
}

template <class T, std::size_t N1, std::size_t N2>
std::array<T, N1 + N2> merge(const std::array<T, N1>& a1, const std::array<T, N2>& a2) {
    return merge_impl(a1, a2,
                      std::make_index_sequence<N1>{}, 
                      std::make_index_sequence<N2>{});
}

index_sequence只在14标准中，但在11中可以轻松实现；有很多资源（包括 SO）描述了如何做到这一点（编辑：它基本上等同于你的 Sequence 东西，不妨习惯它们的标准名称）。实例：http://coliru.stacked-crooked.com/a/54dce4a695357359。

Answer 3

首先，这基本上是要求连接任意数量的数组。这与连接任意数量的元组非常相似，其中有一个标准库函数，即使在 C++11 中也是如此：std::tuple_cat()。这让我们快到了：

template <class... Ts, class M>
auto get_array(M m) -> decltype(std::tuple_cat(m.template get<Ts>()...)) {
    return std::tuple_cat(m.template get<Ts>()...);
}

请注意，我翻转了模板参数，所以这只是get_array<T1, T2>(m) 而不必写get_array<M, T1, T2>(m)。

现在的问题是，我们如何写array_cat？我们将只使用tuple_cat 并将生成的tuple 转换为array。假设index_sequence 的实现是可用的（无论如何，这都是你想要在你的集合中的东西）：

template <class T, class... Ts, size_t... Is>
std::array<T, sizeof...(Ts)+1> to_array_impl(std::tuple<T, Ts...>&& tup,
                                             std::index_sequence<Is...> ) {
    return {{std::get<Is>(std::move(tup))...}};
}

template <class T, class... Ts>
std::array<T, sizeof...(Ts)+1> to_array(std::tuple<T, Ts...>&& tup) {
    return to_array_impl(std::move(tup), std::index_sequence_for<T, Ts...>());
}

template <class... Tuples>
auto array_cat(Tuples&&... tuples) -> decltype(to_array(std::tuple_cat(std::forward<Tuples>(tuples)...))) {
    return to_array(std::tuple_cat(std::forward<Tuples>(tuples)...));
}

这给了你：

template <class... Ts, class M>
auto get_array(M m) -> decltype(array_cat(m.template get<Ts>()...)) {
    return array_cat(m.template get<Ts>()...);
}

它可以处理任意多种类型。

Answer 4

所以这里是任意数量的同类型数组。我们基本上实现了tuple_cat 的高度限制版本，由于数组中的元素数量相同，因此变得更加容易。我使用了几个 C++14 和 17 库特性，这些特性都可以在 C++11 中轻松实现。

template<class, size_t> struct div_sequence;
template<size_t...Is, size_t Divisor>
struct div_sequence<std::index_sequence<Is...>, Divisor>
{
   using quot = std::index_sequence<Is / Divisor...>;
   using rem = std::index_sequence<Is % Divisor...>;
};


template<class T, size_t...Ns, size_t...Is, class ToA>
std::array<T, sizeof...(Ns)> array_cat_impl(std::index_sequence<Ns...>,
                                            std::index_sequence<Is...>,
                                            ToA&& t) 
{
    // NB: get gives you perfect forwarding; [] doesn't.
    return {std::get<Is>(std::get<Ns>(std::forward<ToA>(t)))... }; 
}

template<class Array, class... Arrays,
         class VT = typename std::decay_t<Array>::value_type,
         size_t S = std::tuple_size<std::decay_t<Array>>::value,
         size_t N = S * (1 + sizeof...(Arrays))>
std::array<VT, N> array_cat(Array&& a1, Arrays&&... as) 
{
     static_assert(std::conjunction_v<std::is_same<std::decay_t<Array>,
                                                   std::decay_t<Arrays>>...
                                      >, "Array type mismatch");

     using ind_seq = typename div_sequence<std::make_index_sequence<N>, S>::rem;
     using arr_seq = typename div_sequence<std::make_index_sequence<N>, S>::quot;
     return array_cat_impl<VT>(arr_seq(), ind_seq(), 
                               std::forward_as_tuple(std::forward<Array>(a1),
                                                     std::forward<Arrays>(as)...)
                               );
}

---

我们还可以重用tuple_cat 机器，就像@Barry 的回答一样。为了回避潜在的 QoI 问题，避免依赖扩展和额外的移动，我们不想直接tuple_catstd::arrays。相反，我们首先将数组转换为引用元组。

template<class TupleLike, size_t... Is>
auto as_tuple_ref(TupleLike&& t, std::index_sequence<Is...>)
    -> decltype(std::forward_as_tuple(std::get<Is>(std::forward<TupleLike>(t))...))
{
    return std::forward_as_tuple(std::get<Is>(std::forward<TupleLike>(t))...);
}

template<class TupleLike,
         size_t S = std::tuple_size<std::decay_t<TupleLike>>::value >
auto as_tuple_ref(TupleLike&& t)
    -> decltype(as_tuple_ref(std::forward<TupleLike>(t), std::make_index_sequence<S>()))
{
    return as_tuple_ref(std::forward<TupleLike>(t), std::make_index_sequence<S>());
}

然后我们可以将tuple_cat'd 引用转换回一个数组：

template <class R1, class...Rs, size_t... Is>
std::array<std::decay_t<R1>, sizeof...(Is)> 
   to_array(std::tuple<R1, Rs...> t, std::index_sequence<Is...>) 
{
   return { std::get<Is>(std::move(t))... };
}

template <class R1, class...Rs>
std::array<std::decay_t<R1>, sizeof...(Rs) + 1> to_array(std::tuple<R1, Rs...> t) 
{
   static_assert(std::conjunction_v<std::is_same<std::decay_t<R1>, std::decay_t<Rs>>...>,
                 "Array element type mismatch");
   return to_array(t, std::make_index_sequence<sizeof...(Rs) + 1>());
}

最后，array_cat 本身只是

template <class... Arrays>
auto array_cat(Arrays&&... arrays) 
    -> decltype(to_array(std::tuple_cat(as_tuple_ref(std::forward<Arrays>(arrays))...))) 
{
    return to_array(std::tuple_cat(as_tuple_ref(std::forward<Arrays>(arrays))...));
}

任何体面的优化器都应该毫不费力地优化中间引用元组。