在编译时通过算法初始化一个 std::array

Question

考虑：

static constexpr unsigned num_points{ 7810 };
std::array< double, num_points > axis;

for (int i = 0; i < num_points; ++i)
{
    axis[i] = 180 + 0.1 * i;
}

axis 是 class 范围内的常量。我想避免像任何其他全局变量一样初始化它。可以在编译时完成吗？

这是最终的 class 完整内容：

// https://www.nist.gov/pml/atomic-spectroscopy-compendium-basic-ideas-notation-data-and-formulas/atomic-spectroscopy
// https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
struct Spectrum
{
    static constexpr unsigned _num_points{ 7810 };
    using Axis = std::array< double, _num_points >;

    static constexpr Axis _x{ [] ()            // wavelength, nm
        {
            Axis a {};
            for( unsigned i = 0; i < _num_points; ++i )
            {
                a[ i ] = 180 + 0.1 * i;
            }
            return a;
        } () };
    Axis _y {};                                // radiance, W·sr−1·m−2
};

代码和变量的混用很难看，但至少公式就在reader眼前。任何其他解决方案都涉及大量输入以获得 in-class 定义的常量和类型。

或者如果我改变炉膛，我可以在运行时简单地 return lambda。

Answer 1

这里是完整的可编译代码：

#include <array>

template<int num_points>
static constexpr std::array<double, num_points> init_axis() {
    std::array<double, num_points> a{};
    for(int i = 0; i < num_points; ++i) 
    {
        a[i] = 180 + 0.1 * i;
    }
    return a;
};

struct Z {
    static constexpr int num_points = 10;
    static constexpr auto axis = init_axis<num_points>();
};

Answer 2

为了完整起见，这里有一个不需要定义函数而是使用 lambda 的版本。 C++17 引入了在常量表达式中使用 lambda 的能力，因此您可以声明数组 constexpr 并使用 lambda 对其进行初始化：

static constexpr auto axis = [] {
    std::array<double, num_points> a{};
    for (int i = 0; i < num_points; ++i) {
        a[i] = 180 + 0.1 * i;
    }
    return a;
}();

（注意最后一行的 ()，它会立即调用 lambda。）

如果您不喜欢 axis 声明中的 auto 因为它使实际类型更难阅读，但又不想在 lambda 中重复该类型，你可以改为：

static constexpr std::array<double, num_points> axis = [] {
    auto a = decltype(axis){};
    for (int i = 0; i < num_points; ++i) {
        a[i] = 180 + 0.1 * i;
    }
    return a;
}();

Answer 3

还有 std::index_sequence 技巧 (Wandbox example):

template <unsigned... i>
static constexpr auto init_axis(std::integer_sequence<unsigned, i...>) {
   return std::array{(180 + 0.1 * i)...};
};

static constexpr auto axis = init_axis(std::make_integer_sequence<unsigned, num_points>{});

在编译时通过算法初始化一个 std::array

Initialize an std::array algorithmically at compile time

c++

initialization

c++17

compile-time

stdarray