c++ - 采用 N 个参数并返回 N 个值的高性能解决方案

Question

我可以使用什么来使函数接受 N 个参数，其中 N 在编程时未知但在编译时固定(实际上是模板参数)？

所讨论的函数是一个位于性能关键路径中的访问函数，因此我正在寻找尽可能少的开销。

首先想到的是 std::initializer_list，尽管有人告诉我它很便宜，但它仍然是一个不需要创建和复制的对象。更重要的是，它有一种时髦的方式来访问它的元素 initializer_list::begin[i] (这是另一个我不关心的对象)并且不会将参数的数量严格限制为 N ，但这是一个小问题。

其次是模板参数包。那些可以成为可行的候选人吗？我将不得不使用递归来访问 N 个值。

我试图在此伪代码中展示的目标:

template<int dim, class T> class linear_searchspace {

    template<T...args> operator() (args) {
        return std::tie(some_kinda_structure[args[0]], some_kinda_structure[args[1]], some_kinda_structure[args[3]]);
    }

};

我怎么能把它变成实际可行的递归形式呢？

澄清 args 应该是坐标。每个坐标是一个值在维度中的索引。因此传递了 N 个坐标，将返回 N 个值。这就像同时访问 N 个 vector 。我想为每个参数添加一个偏移量，这取决于参数的索引，因为它存储了一个数组，其中偏移量的索引对应于参数的索引。计算将是简单的算术。

什么是合适的返回类型？这将访问的结构很可能包含数值，最多是元组。 std::tuple 是我能做的最好的，还是有可能制作出性能更高的东西？

关于参数，任何东西都可以，甚至是宏。我很高兴听到这些年来你想出了什么把戏。

Answer 1

template <std::size_t DIM, typename T>
class linear_searchspace
{
public:
    template <typename... Args>
    inline constexpr auto operator()(Args... args) const
        noexcept(noexcept(T{std::declval<T>()}))
        -> std::tuple<decltype((void)args, T{std::declval<T>()})...>
    {
        static_assert(sizeof...(Args) == DIM, "wrong number of indices!");
        using Tuple = std::tuple<decltype((void)args, T{std::declval<T>()})...>;
        return get<Tuple>(make_index_sequence<sizeof...(Args)>{}, args...);
    }

private:
    template <typename Tuple, typename... Args, std::size_t... Is>
    inline constexpr Tuple get(index_sequence<Is...>, Args... args) const
        noexcept(noexcept(T{std::declval<T>()}))
    {
        return Tuple((some_kinda_structure[args] + Is)...);
        //                                       ^^^^
        // some calculation for each element based on index (here simple addition)
    }

    T some_kinda_structure[DIM]; // implementation defined
};

(index_sequence的实现在demo中)

DEMO

通过上述解决方案，可以通过 constexpr 对象获得最高性能，因为整个操作是在编译时评估的:

int main()
{
    constexpr linear_searchspace<5, int> lsp{};

    // evaluated at compile-time
    constexpr auto t = lsp(0, 1, 2, 3, 4);
    static_assert(std::get<1>(t) == 1, "!");

    // evaluated at run-time
    auto t2 = lsp(4, 3, 2, 1, 0);
    assert(std::get<3>(t2) == 3);
}