将整型数组转换为可变模板参数

Question

假设我有一个整型数组，如int arr[N]，并且假设arr[i]的取值范围很小（例如1-10）。此外，我还有一个具有通用接口（抽象类）的可变参数模板类。

template <int... A>
class FooImpl : public Foo
{
}

问题是如何实现一个函数：

Foo* getFoo(int arr[N]);

也许更好的选择是：

Foo* getFoo(int* pint, int size);

如何返回模板参数与我的数组相对应的FooImpl？例如，对于arr = {4,2,6,1}，我将得到FooImpl<4,2,6,1>

- Огњен Шобајић

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如果你想知道如何在运行时提供模板参数（一个编译时的东西）并返回FooImpl，那么是不可能的。你可以使用类似的初始化器，但是运行时数据评估无法产生编译时的实现。 - WhozCraig

我非常确定我能做到。在最坏的情况下，我可以简单地枚举所有大小为1、2等的情况...当大小为1时有10种情况，大小为2时有100种情况，以此类推。请注意，所有这些类都有相同的基类（即接口）Foo，并且请注意我的元素来自一个有限的集合。 - Огњен Шобајић

老实说，我不知道你刚才说了什么，但我坚持我的评论。你不能从运行时内容推断出编译时模板参数。如果你认为你可以做类似于int ar[3]; ar[0] = 1; ar[1] = 2; ar[2] = 3;然后以某种方式将ar发送到一个工厂，这将导致一个FooImpl<1,2,3>，我唯一看到的方法是一个静态表格有1000个条目，每个插槽都静态定义为返回特定的FooImpl<a,b,c>但在那一点上它并不是真正的运行时。而且你肯定不会从中继承。 - WhozCraig

好的，这就是我说的。我可以通过硬编码来实现我需要的所有情况。在 size = 3 的情况下，我将有1000 + 100 + 10 = 1110 种不同的情况和相应数量的代码行来覆盖所有这些情况。我的问题是，如何以聪明的方式完成它，使我的代码不至于长达1110行？ - Огњен Шобајић

至少看起来我理解了你的意思。我需要考虑一下是否可以使用模板生成器生成模板来实现这个功能。 - WhozCraig

通过明智地使用预处理器，或者更好的是 m4，您可以避免编写 1110 行代码。使用预处理器，您可以将代码量减少到大约 40 行；使用 m4，您可以在不到 20 行的代码中完成，并通过两个预处理时间变量控制实例化的数量。无论哪种方式都很丑陋，但如果您准备实际编写 1110 个模板实例化，那么应该使用所有可用的工具来减少代码。 - cmaster - reinstate monica

Answer 1

我找到了问题的答案。关键是使用结构体可变模板而不是我最初尝试的函数可变模板。我使用_getFoo_impl结构体和func函数逐个构建元素。

假设元素在[1-5]范围内，大小<=4，那么代码如下：

class Foo
{
};

template <int...A>
class FooImpl : Foo {
};

template<int...As>
struct _getFoo_impl
{
    static Foo* func(int *arr, int sz)
    {
        if (sz == 0)
            return new FooImpl<As...>;

        switch (*arr)
        {
        case 1: return _getFoo_impl<As..., 1>::func(arr + 1, sz - 1);
        case 2: return _getFoo_impl<As..., 2>::func(arr + 1, sz - 1);
        case 3: return _getFoo_impl<As..., 3>::func(arr + 1, sz - 1);
        case 4: return _getFoo_impl<As..., 4>::func(arr + 1, sz - 1);
        case 5: return _getFoo_impl<As..., 5>::func(arr + 1, sz - 1);
        default: throw "element out of range";
        }
    }
};

template<int A1, int A2, int A3, int A4, int A5>
struct _getFoo_impl<A1, A2, A3, A4, A5>
{
    static Foo* func(int*, int sz) {
        std::terminate();
    }
};

Foo* getFoo(int *arr, int size)
{
    return _getFoo_impl<>::func(arr, size);
}

- Огњен Шобајић

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如果你有100个元素呢？ - kyb

然后你生成代码，但要检查问题，它明确说“小型域”。 - Огњен Шобајић

Answer 2

您不能从类模板中存储或生成一个类型

template <int... N>
class FooImpl;

使用运行时整数作为模板参数。但是，如果以下内容也适用于您的实际问题，您可以存储并查找指向函数的指针。

template <int... N>
R FooFun(A...);

假设函数签名R(A...)对于所有模板参数都是相同的，给定运行时整数作为模板参数。请注意，这里的A...不是一组模板参数；它只是您自己具体函数参数类型的占位符，例如FooFun(int, int)。

在我看来，这个表述确实适合您的问题，因为您有一个没有输入参数的工厂函数，返回指向对象FooImpl<N...>的指针，始终被视为Foo*，所以在您的情况下，FooFun看起来会像这样

template <int... N>
Foo* FooFun();

这种转换的一般解决方案基于一个指向函数的查找表，并在我的上一个问题将非constexpr整数值适应为非类型模板参数的这个答案中给出（顺便说一下，它现在运行得非常顺畅，我很满意 - 我的实际实现在这里）。

你的情况不同之处在于你需要一个多维查找表。我建议你首先定义一个只有一个整数模板参数的函数“dispatcher”。

template <int OFFSET>
R FooDispatch(A...);

这个表示多维表中的线性偏移量。在这种情况下，前面的解决方案直接适用于FooDispatch。然后，您需要将OFFSET转换为一组多维索引N...，在编译时进行。为此，您还需要在编译时了解表的维度，或者更好地说是它的步长。通过推导出参数N...，FooDispatch现在可以调用FooFun<N...>(...)。

更准确地说，这种偏移量到索引的转换逻辑与Matlab的函数ind2sub完全相同，只不过它是一个编译时操作。这需要一些工作，所以如果您喜欢这种方法并且需要在最后一步中获得帮助，我很乐意提供协助。在这种情况下，我认为您最好发布一个适当形式的子问题的新问题。

上述所有内容都意味着维度的数量也在编译时已知，因此最终会有一个形如以下的函数：

Foo* getFoo(int arr[N]);

作为接口是可以的，但是

Foo* getFoo(int* pint, int size);

并没有太多意义; 在后一种情况下，您只能进行运行时检查，如果维度不符合，则可能会引发异常。

最后，请注意，在运行时使用超出范围的索引将具有与在普通C数组中使用超出范围的索引相同的效果。

- iavr

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我不太明白你的回答。老实说，我期望看到一段代码，即getFoo()函数的实现。 - Огњен Шобајић