C++/C++11使用初始化器列表初始化对象的静态数组/向量的有效方法,并支持基于范围的

C++/C++11 Efficient way to have static array/vector of objects initialized with initializer list, and supporting range-based for

本文关键字:初始化 支持 范围 方法 于范围 数组 C++11 列表 对象 向量 C++      更新时间:2023-10-16

假设您想要一个预定义值/对象(常量或非常量)的静态数组与一个类相关联。可能的选项包括使用std:vectorstd::arrayC-style array (ie. []),或。例如,

In.hpp:

class MyClass {
public:
    static const std::vector<MyClass> vec_pre; // No efficient way to construct with initializer list, since it always uses Copy Contructor, even when using std::move
    static const std::array<MyClass, 2> arr_pre; // Have to specify size which is inconvenient
    static const MyClass carr_pre[]; // Not compatible with C++11 for-range since size is undefined
};

In.cpp

const std::vector<MyClass> MyClass::vec_pre = { std::move(MyClass{1,2,3}), std::move(MyClass{4,5,6})  }; // NOTE: This still uses copy constructor
const std::array<MyClass, 2> MyClass::arr_pre= { MyClass{1,2,3}, MyClass{4,5,6} };
const ZwSColour ZwSColour::carr_pre[] = {  MyClass{1,2,3}, MyClass{1,2,3} }

在最初写这篇文章时,我选择了std::vector,因为我不必指定大小,我得到了向量类的所有优点,这似乎是现代C++的方法。问题:在测试时,我注意到它会调用Move构造函数,但仍然会为每个元素调用Copy构造函数。原因是std::initializer_list只允许对其成员进行const访问,因此向量必须将它们从initializer_list复制到自己的存储中。尽管它在启动时只做过一次,这是低效的,而且似乎没有办法解决它,所以我考虑了其他选项(std::arrayC-array[])。

第二种选择是使用std::array,这也是一种现代C++方式,并且它不存在为每个值调用Copy构造函数的问题,因为它不需要创建副本(不确定为什么?)。std::array还有一个好处,即不需要将每个值封装在std::move()中。但是,麻烦的是必须首先指定大小,所以每次添加/删除元素时,也必须更改大小。有很多方法可以解决这个问题,但没有一种是理想的。正如@Ricky65所说,你应该能够进行

std::array <int> arr = { 1, 3, 3, 7, 0, 4, 2, 0, 3, 1, 4, 1, 5, 9 }; //automatically deduces its size from the initializer list :)

这给我留下了最后一个选项——好的旧C样式数组[]——它的好处是我不必指定大小,而且它的效率很高,因为它不为每个对象调用Copy构造函数。缺点是它不是真正的现代C++,最大的缺点是,如果你没有在.hpp头中指定数组的大小,那么范围的C++11就不能工作,因为编译器会抱怨

不能使用不完整的类型"const MyClass[]"作为范围

您可以通过在标头中指定数组的大小来克服此错误(但这很不方便,并且生成难以维护的代码,因为每次从初始值设定项列表中添加/删除项时都需要调整大小),或者使用constexpr并在.hpp标头中完全声明数组和值

constexpr static MyArray my_array[] = { MyClass{1,2,3}, MyClass{4,5,6} };

注意:constexpr"变通"只适用于POD,因此在这种情况下不能用于Class对象。以上示例将导致编译时错误Invalid use of incomplete type 'MyClass'

我正在尽可能地编写最佳实践的现代C++(例如使用复制和交换习惯用法),因此想知道为类定义静态数组的最佳方法是什么。。。

  • 无需指定大小
  • 不需要进行复制构造(如果可能的话,也可以进行移动构造)
  • 它可以与C++一起用于范围
  • 不需要在头文件中指定
  • 应编译/工作于Clang/LLVM 3.5、Visual Studio 2013 Update 4 RC和GCC 4.8.1

第1版:另一篇关于无法从初始值设定项列表中移动值的向量问题的文章

第2版:更多关于使用std::array而无需指定大小的信息,它还创建/使用make_array(),并提到有一个将make_arra()作为标准的建议。原创SO链接由@Neil Kirk评论提供。

EDIT3:vector方法的另一个问题(至少在本例中是这样)是不能使用const TT迭代项。它只允许使用const T&(当它是static const时)和const T&/T&(当它为static时)进行迭代。这种限制的原因是什么?

解决方案的描述性回答

@Yakk的解决方案似乎是唯一的解决方案,也适用于Visual C++2013 Update 4 RC。

我发现使用最新的C++11/14标准很难实现这样一个微不足道的问题,这让我感到震惊。

数据不必存储在类中。事实上,将数据存储在类的static成员中会泄露实现细节。

您所需要公开的只是数据是可用的,并且该数据对于类类型是全局的。这不涉及公开存储详细信息:您只需要公开存储访问的详细信息。

特别是,您希望在数据上向for(:)循环公开该功能,并以C++11风格的方式对其进行操作。那就暴露出来吧。

将数据存储在C样式数组(或std::array,我不在乎)中类的.cpp文件中的匿名命名空间中。

在类中显示以下内容:

namespace details {
  template<
    class R,
    class iterator_traits,
    class iterator_category,
    bool is_random_access=std::is_base_of<
        std::random_access_iterator_tag,
        iterator_category
    >::value
  >
  struct random_access_support {};
  template<class R, class iterator_traits, class iterator_category>
  struct random_access_support<R, iterator_traits, iterator_category, true> {
    R const* self() const { return static_cast<R const*>(this); }
    template<class S>
    typename iterator_traits::reference operator[](S&&s) const {
      return self()->begin()[std::forward<S>(s)];
    }
    std::size_t size() const { return self()->end()-self()->begin(); }
  };
}
template<class It>
struct range:details::random_access_support<
  range<It>,
  std::iterator_traits<It>,
  typename std::iterator_traits<It>::iterator_category
> {
  using value_type = typename std::iterator_traits<It>::value_type;
  using reference = typename std::iterator_traits<It>::reference;
  using iterator = It;
  using iterator_category = typename std::iterator_traits<It>::iterator_category;
  using pointer = typename std::iterator_traits<It>::pointer;
  It begin() const { return b; }
  It end() const { return e; }
  bool empty() const { return b==e; }
  reference front() const { return *b; }
  reference back() const { return *std::prev(e); }
  range( It s, It f ):b(s),e(f) {}
  range()=default;
  range(range const&)=default;
  range& operator=(range const&)=default;
private:
  It b; It e;
};
namespace details {
  template<class T>
  struct array_view_helper:range<T*> {
    using non_const_T = typename std::remove_const<T>::type;
    T* data() const { return this->begin(); }
    array_view_helper( array_view_helper const& ) = default;
    array_view_helper():range<T*>(nullptr, nullptr){}
    array_view_helper& operator=(array_view_helper const&)=default;
    template<class A>
    explicit operator std::vector<non_const_T, A>() const {
      return { this->begin(), this->end() };
    }
    std::vector<non_const_T> as_vector() const {
      return std::vector<non_const_T>(*this);
    }
    template<std::size_t N>
    array_view_helper( T(&arr)[N] ):range<T*>(arr+0, arr+N) {}
    template<std::size_t N>
    array_view_helper( std::array<T,N>&arr ):range<T*>(arr.data(), arr.data()+N) {}
    template<class A>
    array_view_helper( std::vector<T,A>&vec ):range<T*>(vec.data(), vec.data()+vec.size()) {}
    array_view_helper( T*s, T*f ):range<T*>(s,f) {}
  };
}
// non-const
template<class T>
struct array_view:details::array_view_helper<T> {
  using base = details::array_view_helper<T>;
  // using base::base in C++11 compliant compilers:
  template<std::size_t N>
  array_view( T(&arr)[N] ):base(arr) {}
  template<std::size_t N>
  array_view( std::array<T,N>&arr ):base(arr) {}
  template<class A>
  array_view( std::vector<T,A>&vec ):base(vec) {}
  array_view( T*s, T*f ):base(s,f) {}
  // special methods:
  array_view( array_view const& ) = default;
  array_view() = default;
  array_view& operator=(array_view const&)=default;
};
template<class T>
struct array_view<T const>:details::array_view_helper<const T> {
  using base = details::array_view_helper<const T>;
  // using base::base in C++11 compliant compilers:
  template<std::size_t N>
  array_view( std::array<T const,N>&arr ):base(arr) {}
  array_view( T const*s, T const*f ):base(s,f) {}
  template<std::size_t N>
  array_view( T const(&arr)[N] ):base(arr) {}
  // special methods:
  array_view( array_view const& ) = default;
  array_view() = default;
  array_view& operator=(array_view const&)=default;
  // const T only constructors:
  template<std::size_t N>
  array_view( std::array<T,N> const&arr ):base(arr.data(), arr.data()+N) {}
  template<std::size_t N>
  array_view( std::array<T const,N> const&arr ):base(arr.data(), arr.data()+N) {}
  template<class A>
  array_view( std::vector<T,A> const&vec ):base(vec.data(), vec.data()+vec.size()) {}
  array_view( std::initializer_list<T> il):base(il.begin(), il.end()) {}
};

其至少是一些视图类的草图。实例

然后将array_view<MyClass>公开为类的static成员,该类被初始化为您在.cpp文件中创建的数组。

range<It>是一系列迭代器,其作用类似于非拥有容器。在SFINAE级别阻止对size[]的非恒定时间调用是非常愚蠢的。back()是公开的,如果您在无效迭代器上调用它,它就无法编译。

CCD_ 32使CCD_ 33更加有用。

array_view<T>是一个range<T*>,它有一堆来自连续缓冲容器的构造函数,如C数组、std::arrays和std::vectors(实际上是一个详尽的列表)。

这很有用,因为通过array_view的访问与访问数组第一个元素的原始指针的效率差不多,但我们得到了容器所拥有的许多不错的方法,并且它适用于循环的范围。通常,如果一个函数使用std::vector<T> const& v,则可以将其替换为使用array_view<T> v的函数,这将是一个临时替换。最大的例外是operator vector,它是显式的,以避免意外分配。

我个人喜欢您的constexpr static int my_array[] = {MyClass{1, 2, 3}, MyClass{1, 2, 3}};,如果C风格的数组满足您的需求,我认为您不应该回避它。

如果你真的想使用std::vector,你可以使用static const std::vector<MyClass*> vec_pre;。所以你的.cpp文件顶部会有这个:

namespace{
    MyClass A{1, 2, 3}, B{1, 2, 3}, C{1, 2, 3};
}
const std::vector<MyClass*> MyClass::vec_pre{&A, &B, &C};

在DarkMatter的评论后编辑:

在阅读了您的评论之后,我的方法可能存在一些可维护性隐患。在你的.cpp:中仍然可以这样完成

namespace{
    MyClass temp[]{MyClass{1, 2, 3}, MyClass{1, 2, 3}, MyClass{1, 2, 3}};
    const MyClass* pTemp[]{&temp[0], &temp[1], &temp[2]};
}
const std::vector<MyClass*> MyClass::vec_pre{begin(pTemp), end{pTemp}};

您还可以通过创建一个宏来消除条目可维护性的重复问题。

这里有一种在不复制或移动的情况下设置矢量的方法。

它没有使用有支撑的初始值设定项,但你的开头一段表明你主要关心的是避免复制和移动;而不是使用支撑初始化器的绝对要求。

 // header
const std::vector<MyClass> &get_vec();
// cpp file
const std::vector<MyClass> &get_vec()
{
    static std::vector<MyClass> x;
    if ( x.empty() )
    {
        x.emplace_back(1,2,3);
        x.emplace_back(4,5,6);
        // etc.
    }
    return x;    
}