改进折叠功能

Question

我已经在 C++ 中实现了一个简单的折叠函数，它接受一个 lambda，并且可以在编译时同时折叠多个向量。我想知道是否可以通过某种方式简化它（我提供了递归版本和迭代递归版本 - 我不确定哪个应该有更好的性能）：https://godbolt.org/z/39pW81

也欢迎性能优化 - 在这方面，这两种方法中的任何一种都更快吗？

template<int I, typename type_identity, typename type_head, int N, typename ...type_tail, int ...N_tail,  typename Function>
auto foldHelperR(Function&& func, const type_identity& id, const tvecn<type_head, N>& head, const tvecn<type_tail, N_tail>&... tail)
{
    if constexpr (I>0)
    {
        return func(foldHelperR<I-1>(std::forward<Function>(func), id, head, tail...), head[I], tail[I]...);
    }
    else
    {
        return func(id, head[0], tail[0]...);
    }
}

template<int I, typename type_identity, typename type_head, int N, typename ...type_tail, int ...N_tail,  typename Function>
auto foldHelperI(Function&& func, const type_identity id, const tvecn<type_head, N>& head, const tvecn<type_tail, N_tail>&... tail)
{
    if constexpr (I<N-1)
    {
        return foldHelperI<I+1>(std::forward<Function>(func), func(id, head[I], tail[I]...), head, tail...);
    }
    else
    {
        return func(id, head[N-1], tail[N-1]...);
    }
}

template<typename type_identity, typename type_head, int N_head, typename ...type_tail, int ...N_tail, typename Function = void (const type_identity&, const type_head&, const type_tail&...)>
constexpr auto fold(Function&& func, const type_identity& id, const tvecn<type_head, N_head>& head, const tvecn<type_tail, N_tail>&... tail)
{
    static_assert(std::is_invocable_v<Function, const type_identity&, const type_head&, const type_tail &...>,
     "The function cannot be invoked with these zip arguments (possibly wrong argument count).");
    static_assert(all_equal_v<N_head, N_tail...>, "Vector sizes must match.");

    //return foldHelperR<N_head-1>(std::forward<Function>(func), id, head, tail...);
    return foldHelperI<0>(std::forward<Function>(func), id, head, tail...);
}

int main()
{
    tvecn<int,3> a(1,2,3);
    return fold([](auto x, auto y, auto z) {return x+y+z;}, 0, a, a);
}

Answer 1

用折叠表达式，可能是：

template <typename F, typename Init, std::size_t... Is, typename... Arrays>
constexpr auto fold_impl(F&& f, Init init, std::index_sequence<Is...>, Arrays&&... arrays)
{
    auto l = [&](Init init, std::size_t i){ return f(init, arrays[i]...); };
    return ((init = l(init, Is)), ...);
}


template <typename F, typename Init, typename Array, typename ... Arrays>
constexpr auto fold(F&& f, Init init, Array&& array, Arrays&&... arrays)
{
    static_assert(((arrays.size() == array.size()) && ...));
    return fold_impl(f, init, std::make_index_sequence<array.size()>{}, array, arrays...);
}

Demo

Answer 2

and can fold multiple vectors at the same time at compile time

不完全是：如果你想运行编译时

(1) 你必须定义 constexpr 的 tvecn 构造函数和

(2) 你必须定义 constexpr foldhelper 函数和

(3) 你必须声明 constexpr a

 // VVVVVVVVV
    constexpr tvecn<int,3> a(1,2,3);

(4) 你必须将 fold 的结果放在一个 constexpr 变量中（或者，更一般地说，在编译时需要该值的地方，作为 C-样式数组，或模板值参数，或 static_assert() 测试）

constexpr auto f = fold([](auto x, auto y, auto z) {return x+y+z;},
                        0, a, a);

I am wondering if it could be simplified in some manner

当然可以。

首先：如果可以的话，避免重新发明轮子：你的 tvecn 是 std::array 的简化版本。

建议：使用std::array（如果可以的话）

其次：您标记了 C++17，以便可以使用折叠

建议：也用于all_equal

template <auto V0, auto ... Vs>
struct all_equal : public std::bool_constant<((V0 == Vs) && ...)>
 { };

template<auto ...N_pack>
constexpr bool all_equal_v = all_equal<N_pack...>::value;

一般情况下：当您必须定义必须提供数字的自定义类型特征时，继承（如果可能）自 std::integral_constant（或 std::bool_constant，或 std::true_type ，或 std::false_type：所有 std::integral_constant 专长）。所以你自动继承所有 std::integral_constant 设施。

第三：几乎所有 C++ 标准都使用 std::size_t，而不是 int 作为大小。

建议：当你必须处理尺寸时，使用std::size_t，而不是int。这样可以避免很多烦人的麻烦。

第四：从 main() 你应该 return 只有 EXIT_SUCCESS （通常为零）或 EXIT_FAILURE （通常为 1）

建议：避免

return fold([](auto x, auto y, auto z) {return x+y+z;}, 0, a, a);

第五：永远不要低估逗号运算符的力量。

建议：完全避免递归，对辅助函数也使用模板折叠；举个例子

template <std::size_t ... Is, typename F, typename T, typename ... As>
constexpr auto foldHelperF (std::index_sequence<Is...>,
                            F const & f, T id, As const & ... arrs)
 { return ( ..., (id = [&](auto i){ return f(id, arrs[i]...); }(Is))); }

您可以从 fold()

中按如下方式调用

return foldHelperF(std::make_index_sequence<N_head>{}, 
                   std::forward<Function>(func),
                   id, head, tail...);

下面是一个完整的编译和简化的例子

#include <array>
#include <utility>
#include <iostream>
#include <type_traits>

template <auto V0, auto ... Vs>
struct all_equal : public std::bool_constant<((V0 == Vs) && ...)>
 { };

template<auto ...N_pack>
constexpr bool all_equal_v = all_equal<N_pack...>::value;


template <std::size_t ... Is, typename F, typename T, typename ... As>
constexpr auto foldHelperF (std::index_sequence<Is...>,
                            F const & f, T id, As const & ... arrs)
 { return ( ..., (id = [&](auto i){ return f(id, arrs[i]...); }(Is))); }


template <typename type_identity, typename type_head, std::size_t N_head,
          typename ...type_tail, std::size_t ...N_tail,
          typename Function = void (type_identity const &,
                                    type_head const &,
                                    type_tail const & ...)>
constexpr auto fold (Function && func, type_identity const & id,
                     std::array<type_head, N_head> const & head,
                     std::array<type_tail, N_tail> const & ... tail)
 {
   static_assert( std::is_invocable_v<Function, const type_identity&,
                  const type_head&, const type_tail &...>,
                  "The function cannot be invoked with these zip arguments"
                  " (possibly wrong argument count).");

   static_assert( all_equal_v<N_head, N_tail...>,
                 "Vector sizes must match.");

   return foldHelperF(std::make_index_sequence<N_head>{}, 
                      std::forward<Function>(func),
                      id, head, tail...);
}

int main()
 {
   constexpr std::array<int, 3u> b{2, 5, 7};

   constexpr auto f = fold([](auto x, auto y, auto z) {return x+y+z;},
                           0, b, b);

   std::cout << f << std::endl;
 }

改进折叠功能

Improving fold function

c++

template-meta-programming

variadic-templates

fold-expression

c++17