c++ - 递归定义数组中的数据对齐和排序

Question

我有一个关于递归定义数组中数据的排序和对齐的问题。考虑以下代码

template<int rank, int dim, class T> struct recursive_array;

template<int dim,class Tp>
struct recursive_array <0,dim,Tp> {

    using value_type = Tp;

    recursive_array<0,dim,Tp>& operator=(Tp const& val)
    {
        value = val;
        return *this;
    }
    operator Tp &() {return value;}

    value_type value;
};


template<int rank, int dim, class Tp>
struct recursive_array {

    using value_type = recursive_array<rank-1, dim, Tp>;

    recursive_array<0,dim,Tp>& operator=(Tp const& val)
    {
        for(int i = 0; i < dim; ++i)
            values[i] = val;

        return *this;
    }

    value_type& operator[] (unsigned int const i)
    {
        return values[i];
    }

    value_type values[dim];
};

recursive_array 的唯一成员是 rank-1 的 recursive_array 的普通旧 c 数组。在递归结束时，即 rank == 0，唯一的成员 value 包含实际数据。此技术用于有限元库 deal.II描述一类通用张量，以防万一你想知道为什么我不使用普通的 c 风格数组。

现在让我们使用 recursive_array 类和一个普通的旧 c 风格数组定义一个 2 x 2 x 2 x 2 整数数组，并比较它们在内存中的数据布局

//main.cc
#include<iostream>

int main () {

recursive_array<4,2,int> arr;
int carr[2][2][2][2];

for(int i = 0; i < 2; ++i)
    for(int j = 0; j < 2; ++j)
        for(int k = 0; k < 2; ++k)
            for(int l = 0; l < 2; ++l){

            int idx = i*8 + j*4 + k*2 + l;

            arr[i][j][k][l] = idx;
            carr[i][j][k][l] = idx;

            std::cout << ((int*)&(arr[0][0][0][0]))[idx]  << "   "
                      << ((int*)&(carr[0][0][0][0]))[idx] << std::endl;
        }

    return 0;
}

创建以下输出

0   0
1   1
2   2
3   3
4   4
5   5
6   6
7   7
8   8
9   9
10   10
11   11
12   12
13   13
14   14
15   15

当使用 recursive_array 时，数据似乎是连续存储的，就像 c 风格数组的情况一样。这符合 deal.II documentation , 但它也说

the order in which the entries are presented [...] is undefined.

还是我遗漏了什么？

但是，不管这个文档说了什么，我有兴趣了解上面的代码一般是如何工作的。

1. 为什么上述代码的数据存储在连续的内存块中？
2. 这是有保证的吗？
3. 当数据连续存储时，元素的顺序是什么？

非常感谢您!

我使用带有 -std=c++11 -O0 和 -std=c++11 -O3 标志的 gcc 6.3 编译了上面的代码，两次我得到了相同的结果。

Answer 1

我是 deal.II 的主要开发者之一；我没有为 ArrayView 编写特定的构造函数，但我想我仍然可以回答您的问题。

郑重声明:deal.II 邮件列表非常活跃，是解决此类问题的好地方。

简要版

那条评论是沙袋，只是说我们可能会在未来的某个时候修改 Tensor 的布局:因此，明确不鼓励依赖事物在展平时的顺序。

更长的版本

我们在几年前(2015 年秋季)重写了整个 Tensor 类，其定义方式与您的示例基本相同；与 operator[] 和 friend 的公共(public)接口(interface)被重新实现以保持兼容性，但底层存储顺序改变了 IIRC(我们从硬编码一些较低级别的代码到递归地做所有事情)。如果我们出于某种原因再次更改实现，那么内存中的顺序将会不同；因此评论。我相信该评论的作者试图表达的意思是“我们可能会改变 future 的实现方式，所以现在不要依赖事物的顺序”。