如何使用 C++ 模板高效地展开序列

Question

我有一个复杂类型 C 取决于我在（长度有界）序列中需要的模板参数。 constexpr 函数 next() 可用于从 C_n -> C_n+1。由于每个序列元素都有不同的类型，我使用 std::tuple 来存储结果。 mkTuple() 函数负责（有限的）序列推出。

这是我所做的一个简化示例（使用 std::array 作为我更复杂的 C 的占位符）：

#include <array>
#include <tuple>
#include <iostream>


template<std::size_t OFFSET>
using C=std::array<uint8_t, OFFSET>;

static
constexpr
std::size_t
next(const std::size_t START, const std::size_t DISTANCE)
{
    return START + DISTANCE;
}


template<template<std::size_t OFFSET> class CONTENT, std::size_t START, std::size_t DISTANCE, std::size_t SEQ_LENGTH>
struct mkTuple
{
    using _LT = CONTENT<START>;
    using _RT = typename mkTuple<CONTENT, next(START, DISTANCE), DISTANCE, SEQ_LENGTH - 1>::tuple;
    using tuple=decltype(std::tuple_cat(std::make_tuple(_LT()), _RT()));
};


template<template<std::size_t OFFSET> class CONTENT, std::size_t START, std::size_t DISTANCE>
struct mkTuple<CONTENT, START, DISTANCE, 1>
{
    using _LT = CONTENT<START>;
    using tuple = std::tuple<_LT>;
};


int
main()
{
    using tMyTuple = typename mkTuple<C, 16, 2, 64>::tuple;

    const std::size_t iTupleLength = std::tuple_size<tMyTuple>::value;
    std::cout << "Sequence length =  " << iTupleLength << std::endl;

    const tMyTuple myTuple;
    std::cout << "Tuple[4].size() =  " << std::get<4>(myTuple).size() << std::endl;

    return 0;
}

问题是我的 mkTuple() 函数似乎非常占用内存，以至于我很快运行陷入编译器内存不足的麻烦。事实上 g++ -ftime-report ... 报告模板实例化的使用量超过 1GB。随着序列长度的增加，这个数字迅速（呈指数级？）上升。

我怀疑 std::tuple_cat 所需的 std::tuple 实例化是充气器。有人知道如何更有效地推出序列吗？

提前致谢！

Answer 1

似乎 std::tuple 对您的场景来说有点矫枉过正 - 您只能在类型系统级别上工作，然后在最后转换为 std::tuple。

由于std::tuple的实现又大又复杂，所以对于大量的实例化，它会很慢也就不足为奇了。滚动你自己的 typelist:

template <typename... Ts>
struct typelist 
{ 
    using as_tuple = std::tuple<Ts...>; 
};

template <typename... As, typename... Bs>
constexpr auto typelist_cat(typelist<As...>, typelist<Bs...>) 
    -> typelist<As..., Bs...> 
{
    return {};
}

然后替换std::tuple的用法：

template<template<std::size_t OFFSET> class CONTENT, std::size_t START, std::size_t DISTANCE, std::size_t SEQ_LENGTH>
struct mkTuple
{
    using _LT = CONTENT<START>;
    using _RT = typename mkTuple<CONTENT, START + DISTANCE, DISTANCE, SEQ_LENGTH - 1>::tuple;
    using tuple = decltype(typelist_cat(typelist<_LT>{}, _RT{}));
};


template<template<std::size_t OFFSET> class CONTENT, std::size_t START, std::size_t DISTANCE>
struct mkTuple<CONTENT, START, DISTANCE, 1>
{
    using _LT = CONTENT<START>;
    using tuple = typelist<_LT>;
};

最后在最后进行转换：

using tMyTuple = typename mkTuple<C, 16, 2, 64>::tuple::as_tuple;

live wandbox example

输出：

Sequence length = 64

Tuple[4].size() = 24

如何使用 C++ 模板高效地展开序列

How to efficiently roll out a sequence using c++ templates

c++

templates

c++11

stdtuple