二维数组的自动尺寸扣除

Question

我正在尝试制作一个固定大小的矩阵 class。目的是让它继承或利用 std::array of std::array:

template <size_t Rows, size_t Columns, class T=double>
struct Matrix : public std::array<std::array<T, Columns>, Rows> {
};

我想提供一个可以自动推断大小的初始化器，就像 std::array 在 C++17 中（我正在使用的）一样。我也可以使用函数来制作 Matrix 而不是使用 class 模板参数推导。

// What I want, but does not work:
Matrix matrix {{1., 2.},
               {3., 4.}};

// Or:
auto matrix = MakeMatrix ({1., 2.},
                          {3., 4.});

我没能实现其中任何一个。相反，只有以下工作：

// Requires specifying the size and repeating `std::array`, both undesired
Matrix<2,2> mat {
    std::array{1., 2.},
    std::array{3., 4.}
};

// OR this, which requires specifying the size and is generally confusing
Matrix<2,2> mat2 {1., 2., 
                  3., 4.};

我尝试使用可变参数模板，但这对编译器也没有吸引力：

template<class... Args>
auto MakeMatrix (Args... args) {
  return Matrix{ std::array {args} ... };
}

// This causes compiler error:
// error: no matching function for call to 'MakeMatrix'
// candidate function [with Args = <>] not viable: requires 0 arguments, but 2 were provided
auto matrix = MakeMatrix ({1., 2.},
                          {3., 4.});

// This causes compiler error
// error: no viable constructor or deduction guide for deduction of template arguments of 'Matrix'
// note: in instantiation of function template specialization 'MakeMatrix<std::__1::array<double, 2>, std::__1::array<double, 2> >'
// note: note: candidate function template not viable: requires 0 arguments, but 2 were provided
auto matrix = MakeMatrix (std::array {1., 2.},
                          std::array {3., 4.});

我也考虑过使用 std::initializer_list<std::initializer_list<T>>，但是据我所知这些不支持固定大小，我希望在编译时确定大小。

关于如何做到这一点的任何想法，或者对于当前的 C++ 机制来说这根本不可能吗？

Answer 1

问题是编译器在用作参数时无法推导出 {}。这适用于 initializer_list （对于构造函数，由于一些特殊规则）。但是你错过了尺寸。

解决方法是内置数组：

template <typename T, size_t N>
using Row = const T (&)[N]; // for readability

template <auto Rows, auto Columns, typename T = double>
class Matrix {
public:
  template <typename... Ts, auto N>
  Matrix(Row<Ts, N>... rows) {}
};

template <typename... RowTypes, auto Columns>
Matrix(Row<RowTypes, Columns>...)
    -> Matrix<sizeof...(RowTypes), Columns, std::common_type_t<RowTypes...>>;

您现在可以完全按照自己的喜好构建 Matrix：

const auto m = Matrix{{1, 2}, {1, 2}, {1, 2}};

对于最后一步，使用内置数组初始化 std::array 可能很棘手。 C++20 提供了一个 function，检查 link 以了解可能的实现。如果您复制该实现，或者有一个可用的实现，您可以轻松创建构造函数，如：

template <auto Rows, auto Columns, typename T = double>
class Matrix {
public:
  template <typename... Ts, auto N>
  Matrix(Row<Ts, N>... rows) {
    data_ = {to_array(rows)...};
  }
private:
  std::array<std::array<T, Columns>, Rows> data_;
};

Live example, with operator[] to show that the data layout is correct.

二维数组的自动尺寸扣除

Automatic size deduction for two-dimensional array

c++

templates

matrix

stdarray

c++17