Expression Templates

Wed, 06 Apr 2022 00:00:00 +0000

什么是 Expression Templates

Expression Templates 是一种 C++ 模板元编程技术，它通过在编译时构建按需执行的计算表达式，从而生成高效的代码。简单来说，通过 Expression Templates，我们可以实现惰性求值和消除因为中间结果而创建的临时变量。

一个常规示例

我们构造了一个MyVector类，并且重载了MyVector的+和*操作符，实现两个MyVector中相同下标元素的+和*操作。对于这样的需求我们很容易写出形如下面代码的一个简单的实现：

 1#include 
 2#include 
 3#include 
 4
 5template<typename T> class MyVector
 6{
 7public:
 8    MyVector(const std::size_t n)
 9        : vec_(n)
10    {}
11    MyVector(const std::size_t n, const T initvalues)
12        : vec_(n, initvalues)
13    {}
14
15    std::size_t size() const { return vec_.size(); }
16
17    T operator[](const std::size_t i) const
18    {
19        assert(i < size());
20        return vec_[i];
21    }
22
23    T& operator[](const std::size_t i)
24    {
25        assert(i < size());
26        return vec_[i];
27    }
28
29private:
30    std::vector<T> vec_;
31};
32
33template<typename T> MyVector<T> operator+(const MyVector<T>& a, const MyVector<T>& b)
34{
35    assert(a.size() == b.size());
36    MyVector<T> result(a.size());
37    for (std::size_t i = 0; i < a.size(); ++i) {
38        result[i] = a[i] + b[i];
39    }
40    return result;
41}
42
43template<typename T> MyVector<T> operator*(const MyVector<T>& a, const MyVector<T>& b)
44{
45    assert(a.size() == b.size());
46    MyVector<T> result(a.size());
47    for (std::size_t i = 0; i < a.size(); ++i) {
48        result[i] = a[i] * b[i];
49    }
50    return result;
51}
52
53template<typename T> std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const MyVector<T>& vec)
54{
55    std::cout << '\n';
56    for (std::size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {
57        os << vec[i] << ' ';
58    }
59    os << '\n';
60    return os;
61}
62
63int main(int argc, char* argv[])
64{
65    MyVector<double> x(10, 5.4);
66    MyVector<double> y(10, 10.3);
67    auto             ret = x + x + y * y;
68    std::cout << ret << std::endl;
69    return 0;
70}

这个实现平淡无奇，相信每个人都能随手写出来。在godbolt上编译成汇编来分析：

c++元编程之遍历tuple

Tue, 22 Feb 2022 00:00:00 +0000

对于一个标准的 c++容器来说，我们可以很容易在运行时使用迭代器和 range-based for loop 来遍历其中的每一个元素。但是对于std::tuple，却不能像普通的容器那样去遍历它。

std::tuple 简介

std::tuple是一个具有固定大小，包含不同类型值的集和。与之相似的是std::pair，只不过std::pair只能容纳两个元素，而std::tuple可以容纳许多元素：

1std::tuple<int, double, const char*> tup {42, 10.5, "hello"};
2
3// or with CTAD(class template argument deduction), C++17:
4std::tuple deducedTup {42, 10.5, "hello"}; // 自动推导类型

访问std::pair中的元素只需要访问.first和.second成员即可:

1std::pair p = {10, 10.5};
2p.first += 10;

然而std::tuple并没有类似于.first .second的成员，标准库中我们只能通过std::get来直接访问其中的元素:

 1std::tuple tp {1, 2, "hello", "world", 10.5};
 2
 3// by index
 4std::get<0>(tp) += 10;
 5std::get<1>(tp) *= 20;
 6std::cout << std::get<2>(tp) << '\n'; // hello
 7std::cout << std::get<3>(tp) << '\n'; // world
 8
 9// by type
10std::cout << std::get<double>(tp) << '\n'; // 10.5

如何遍历 tuple