在 C++ 中创建类型的类型列表组合

Question

我正在尝试创建一些工具来创建基于其他类型组合的类型列表。

假设我们有三种类型

struct A{};
struct B{};
struct C{};

我想获得一个元组列表，其中包含 N 种类型 A、B 或 C 的所有可能组合。

对于 N=2 的情况，这将是

std::tuple<A,A>
std::tuple<A,B>
std::tuple<A,C>
std::tuple<B,A>
std::tuple<B,B>
std::tuple<B,C>
std::tuple<C,A>
std::tuple<C,B>
std::tuple<C,C>

我们的想法是创建一个元组，其中包含所有这些类型的容器，以便我以后可以将任何这些类型存储在容器列表中。

template <typename ...Combinations>
using CombinationList = std::tuple<std::vector<Combinations>...>;

我已经有一种机制可以在它适合的容器中插入一个 particupar 元素，但我不知道如何创建组合。

在 cmets 上，人们建议使用 std::vector<Combination<std::variant<A,C,B>, std::variant<A,B,C>>>。尽管这在技术上解决了问题，但我不想使用它，因为 A、B C 的大小非常不同，我不想在运行时访问变体。此外，在某些时候，我需要上传容器中的所有数据

std::tuple<std::vector<Combination>...>

到 GPU，所以我不能在这里使用 std::variant。

我该怎么做？

谢谢！

PD：这与这个问题有关Combination explosion of an enum value (729 combinations...) 在那个问题中，我问我如何轻松生成将进入容器的类型。现在我需要生成容器。

Answer 1

我已经有一种机制可以在它适合的容器中插入一个 particupar 元素，但我不知道如何创建组合。

假设你有一个类型列表（比如A, B, C）和一个无符号整数N，我建议一个using

template <std::size_t N, typename ... Ts>
using Combinations = ???

定义为std::tuple，其中包含std::tuples 的所有组合列表。

举个例子，

Combinations<2u, A, B, C>

成为

  std::tuple<
      std::tuple<A,A>, std::tuple<A,B>, std::tuple<A,C>,
      std::tuple<B,A>, std::tuple<B,B>, std::tuple<B,C>,
      std::tuple<C,A>, std::tuple<C,B>, std::tuple<C,C>>

以下是一个完整的C++11编译示例

#include <tuple>
#include <vector>
#include <type_traits>

struct A {};
struct B {};
struct C {};

template <typename T, typename ... Ts>
constexpr std::tuple<T, Ts...> addTupleType (std::tuple<Ts...>);

template <typename T, typename ... Ts>
constexpr auto addType ()
   -> std::tuple<decltype(addTupleType<T>(std::declval<Ts>()))...>;

template <typename ... Ts, typename ... Us>
constexpr auto getCombinations (std::integral_constant<std::size_t, 0u>,
                                std::tuple<Ts...> t, std::tuple<Us ...> u)
   -> decltype( u );

template <std::size_t N, typename ... Ts, typename ... Us,
          typename std::enable_if<(N > 0u), bool>::type = true>
constexpr auto getCombinations (std::integral_constant<std::size_t, N>,
                                std::tuple<Ts...> t, std::tuple<Us ...>)
   -> decltype (getCombinations(
         std::integral_constant<std::size_t, N-1u>{}, t,
         std::tuple_cat(addType<Ts, Us...>()...)));

template <std::size_t N, typename ... Ts>
using Combinations
   = decltype(getCombinations(
         std::integral_constant<std::size_t, N-1u>{},
         std::declval<std::tuple<Ts...>>(),
         std::declval<std::tuple<std::tuple<Ts>...>>()));

template <typename ... Ts>
constexpr auto CombListHelper (std::tuple<Ts...>)
   -> std::tuple<std::vector<Ts>...>;

template <typename T>
using CombinationList = decltype(CombListHelper(std::declval<T>()));


int main()
 {
   using type_1 = Combinations<2u, A, B, C>;
   using type_2 = std::tuple<
      std::tuple<A,A>, std::tuple<A,B>, std::tuple<A,C>,
      std::tuple<B,A>, std::tuple<B,B>, std::tuple<B,C>,
      std::tuple<C,A>, std::tuple<C,B>, std::tuple<C,C>>;

   static_assert( std::is_same<type_1, type_2>::value, "!" );

   using type_3 = CombinationList<Combinations<2u, A, B, C>>;
   using type_4 = std::tuple<
      std::vector<std::tuple<A,A>>, std::vector<std::tuple<A,B>>,
      std::vector<std::tuple<A,C>>, std::vector<std::tuple<B,A>>,
      std::vector<std::tuple<B,B>>, std::vector<std::tuple<B,C>>,
      std::vector<std::tuple<C,A>>, std::vector<std::tuple<C,B>>,
      std::vector<std::tuple<C,C>>>;

   static_assert( std::is_same<type_3, type_4>::value, "!" );
 }

Answer 2

使用将二维矩阵存储在线性存储中的类比，A、B 和 C 的所有可能对都由一维整数 0,1,...,8 标记，如下所示：

0 -> (0/3, 0%3) = (0,0) -> std::tuple<A,A>
1 -> (1/3, 1%3) = (0,1) -> std::tuple<A,B>
...
8 -> (8/3, 8%3) = (2,2) -> std::tuple<C,C>

因此我们可以构造如下的对列表。 这些函数在 C++14 及更高版本中工作。 例如，Combinations<A,B,C>::types 等于 std::tuple<std::vector<std::tuple<A,A>>, std::vector<std::tuple<A,B>>, ...>：

Live DEMO

template<std::size_t I, typename Tuple>
struct make_pair_vector
{
    static constexpr std::size_t  left_index = I/std::tuple_size<Tuple>::value;
    static constexpr std::size_t right_index = I%std::tuple_size<Tuple>::value;

    using type = std::vector<
                    std::tuple<typename std::tuple_element< left_index, Tuple>::type,
                               typename std::tuple_element<right_index, Tuple>::type>>;
};

template <typename T, typename Is>
struct make_combinations;

template <typename Tuple, std::size_t... Is>
struct make_combinations<Tuple, std::index_sequence<Is...>>
{
    using tuples = std::tuple<typename make_pair_vector<Is, Tuple>::type...>;
};

template<typename ...Args>
struct Combinations
{
    using types = typename make_combinations
                    <std::tuple<Args...>,
                     std::make_index_sequence<(sizeof...(Args))*(sizeof...(Args))>>
                    ::tuples;
};