在编译时对整数常量元组进行排序

Question

在编译时对整数常量元组进行排序

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在以下所有情况中，T 都是 std::integral_constant<int, X>。

如何设计一个结构和一个函数，将一个整数常量列表作为输入，并返回一个已排序的 std::tuple<std::integral_constant<int, X>...>？

template <class... T>
struct ordered_tuple;

template <class... T>
constexpr typename ordered_tuple<T...>::type make_ordered_tuple(T&&...);

使用场景如下：

std::integral_constant<int, 5> i5;
std::integral_constant<int, 4> i4;
std::integral_constant<int, 9> i9;
std::integral_constant<int, 1> i1;
auto tuple = make_ordered_tuple(i5, i4, i9, i1);

- Vincent

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你看过boost::mpl了吗？我认为这样的事情已经完成了。Aleksandrescu在C++11之前就按继承顺序排序元组了。PS：http://www.boost.org/doc/libs/1_55_0/libs/mpl/doc/refmanual/sort.html - Minor Threat

@MinorThreat：使用可变参数模板、包扩展等纯粹的、自包含的C++11解决方案也非常有用，我想这就是OP想要的。 - Chris Beck

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在C++14中，您可以将值插入到std::array中，使用插入排序或其他constexpr实现对其进行排序，然后将数组解包到元组中。在C++11中，这将更加痛苦。您是否支持C++14？ - Brian Bi

紧密相关：http://stackoverflow.com/questions/32169249/how-can-i-arbitrarily-sort-a-tuples-types - 101010

在你的例子中，make_ordered_tuple 声明将返回一个引用的 ordered_tuple。这是你想要的 - 引用到原始的 i1、i5 等对象吗？如果不是，那么为什么要使用 integral_constant<...> 类型的对象元组而不是简单的类型列表呢？ - bogdan

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Chris Beck · Accepted Answer

这里有一种方法。我实现了归并排序，它非常适合函数式编程。代码不到200行。大部分基于我在an earlier answer中使用的元函数。而那是基于许多其他人在SO问题中使用的内容，涉及typelist的基本操作等等...

改进的一种方法是减少所需的模板递归深度，当前为O(n)。我猜可以将其降至O(log n)，但我并不确定，这取决于是否能找到一种重写merge元函数的方法（与Yakk在另一个问题中指出的类似）。

#include <type_traits>

template <class... T>
struct TypeList {
  static constexpr const std::size_t size = sizeof...(T);
};

/***
 * Concat metafunction
 */

template <typename A, typename B>
struct Concat;

template <class... As, class... Bs>
struct Concat<TypeList<As...>, TypeList<Bs...>> {
  typedef TypeList<As..., Bs...> type;
};

template <typename A, typename B>
using Concat_t = typename Concat<A, B>::type;

/***
 * Split metafunction
 */

template <int i, typename TL>
struct Split;

template <int k, typename... TL>
struct Split<k, TypeList<TL...>> {
private:
  typedef Split<k / 2, TypeList<TL...>> FirstSplit;
  typedef Split<k - k / 2, typename FirstSplit::R> SecondSplit;

public:
  typedef Concat_t<typename FirstSplit::L, typename SecondSplit::L> L;
  typedef typename SecondSplit::R R;
};

template <typename T, typename... TL>
struct Split<0, TypeList<T, TL...>> {
  typedef TypeList<> L;
  typedef TypeList<T, TL...> R;
};

template <typename T, typename... TL>
struct Split<1, TypeList<T, TL...>> {
  typedef TypeList<T> L;
  typedef TypeList<TL...> R;
};

template <int k>
struct Split<k, TypeList<>> {
  typedef TypeList<> L;
  typedef TypeList<> R;
};

// Metafunction Subdivide: Split a typelist into two roughly equal typelists
template <typename TL>
struct Subdivide : Split<TL::size / 2, TL> {};

/***
 * Ordered tuple
 */

template <int X>
using int_t = std::integral_constant<int, X>;

template <class... T>
struct Ordered_List : TypeList<T...> {};

template <class... As, class... Bs>
struct Concat<Ordered_List<As...>, Ordered_List<Bs...>> {
  typedef Ordered_List<As..., Bs...> type;
};

/***
 * Merge metafunction
 */

template <typename A, typename B>
struct Merge;

template <typename B>
struct Merge<Ordered_List<>, B> {
  typedef B type;
};

template <int a, class... As>
struct Merge<Ordered_List<int_t<a>, As...>, Ordered_List<>> {
  typedef Ordered_List<int_t<a>, As...> type;
};

template <int a, class... As, int b, class... Bs>
struct Merge<Ordered_List<int_t<a>, As...>, Ordered_List<int_t<b>, Bs...>> {
  typedef Ordered_List<int_t<a>, As...> A;
  typedef Ordered_List<int_t<b>, Bs...> B;

  typedef typename std::conditional<a <= b,
                                    Concat_t<Ordered_List<int_t<a>>, typename Merge<Ordered_List<As...>, B>::type>,
                                    Concat_t<Ordered_List<int_t<b>>, typename Merge<A, Ordered_List<Bs...>>::type>
                                   >::type type;
};

template <typename A, typename B>
using Merge_t = typename Merge<A, B>::type;

/***
 * Mergesort metafunction
 */

template <typename TL>
struct MergeSort;

// Boilerplate base-cases
template <>
struct MergeSort<TypeList<>> {
  typedef Ordered_List<> type;
};

template <int X>
struct MergeSort<TypeList<int_t<X>>> {
  typedef Ordered_List<int_t<X>> type;
};

// Inductive step
template <int X, class... Xs>
struct MergeSort<TypeList<int_t<X>, Xs...>> {
  typedef TypeList<int_t<X>, Xs...> input_t;
  typedef Subdivide<input_t> subdivide_t;
  typedef typename MergeSort<typename subdivide_t::L>::type left_sort_t;
  typedef typename MergeSort<typename subdivide_t::R>::type right_sort_t;
  typedef Merge_t<left_sort_t, right_sort_t> type;
};

template <typename T>
using MergeSort_t = typename MergeSort<T>::type;

/***
 * Make ordered tuple impl
 */

#include <tuple>

template <typename T>
struct MakeStdTuple;

template <class... Ts>
struct MakeStdTuple<Ordered_List<Ts...>> {
  typedef std::tuple<Ts...> type;
};

template <typename T>
using MakeStdTuple_t = typename MakeStdTuple<T>::type;

template <class... T>
constexpr MakeStdTuple_t<MergeSort_t<TypeList<T...>>> make_ordered_tuple(T&&...) {
  return {};
}

static_assert(std::is_same<Ordered_List<int_t<1>, int_t<2>, int_t<3>>,
                           MergeSort_t<TypeList<int_t<1>, int_t<2>, int_t<3>>>>::value, "Failed a unit test");

static_assert(std::is_same<Ordered_List<int_t<1>, int_t<2>, int_t<3>>,
                           MergeSort_t<TypeList<int_t<2>, int_t<1>, int_t<3>>>>::value, "Failed a unit test");

static_assert(std::is_same<Ordered_List<int_t<1>, int_t<2>, int_t<3>>,
                           MergeSort_t<TypeList<int_t<3>, int_t<2>, int_t<1>>>>::value, "Failed a unit test");

int main() {}