如何将表达式模板用于特定类型

How to use expression-templates for specific types?

本文关键字：用于 类型 表达式      更新时间：2023-10-16

使用表达式模板时，如何创建专用化？从维基百科的例子中，我可以像这样制作一个向量和模板类：

template <typename E1, typename E2>
class VecSum : public VecExpression<VecSum<E1, E2> > {
    E1 const& _u;
    E2 const& _v;
public:
    VecSum(E1 const& u, E2 const& v) : _u(u), _v(v) {
        assert(u.size() == v.size());
    }
    double operator[](size_t i) const { return _u[i] + _v[i]; }
    size_t size()               const { return _v.size(); }
};
template <typename E1, typename E2>
VecSum<E1,E2> const
operator+(E1 const& u, E2 const& v) {
   return VecSum<E1, E2>(u, v);
}

根据维基百科，如果我有一个扩展VecExpression<Vector>的Vector类和一个使用 [] 运算符和循环的 VecExpression 类的构造函数，这将允许循环合并，因此像下面的语句只使用单个循环：

Vector a = ...;
Vector b = ...;
Vector c = ...;
Vector d = a+b+c;

我明白为什么这有效，但我不确定如何将其扩展到标量。我希望能够向整个 Vector 添加标量(整数、浮点数或双精度(，但我不确定如何做到这一点。我最好的猜测是为 VecSum 类创建专用化，例如：

template<typename E2> VecSum<int, E2>{ /*stuff goes here*/ }
template<typename E1> VecSum<E1, int>{ /*stuff goes here*/ }
template<typename E2> VecSum<float, E2>{ /*stuff goes here*/ }
template<typename E1> VecSum<E1, float>{ /*stuff goes here*/ }
template<typename E2> VecSum<double, E2>{ /*stuff goes here*/ }
template<typename E1> VecSum<E1, double>{ /*stuff goes here*/ }

但这似乎比必要的工作要多得多，有没有其他解决方案？

只需使用 SFINAE 检查类型是否为算术类型，并根据需要进行专用化。

例：

template <typename E1, typename E2, typename Enable = void > class VecSum;
template <typename E1, typename E2>
class VecSum< E1, E2,
      typename std::enable_if_t<!std::is_arithmetic<E1>::value && !std::is_arithmetic<E2>::value>
      > : public VecExpression<VecSum<E1, E2> >
{
    E1 const& _u;
    E2 const& _v;
    public:
    VecSum(E1 const& u, E2 const& v) : _u(u), _v(v)
    {
        assert(u.size() == v.size());
    }
    double operator[](size_t i) const { return _u[i] + _v[i]; }
    size_t size()               const { return _v.size(); }
};
template <typename E1, typename E2>
class VecSum < E1, E2,
      typename std::enable_if_t< std::is_arithmetic<E1>::value && !std::is_arithmetic<E2>::value>
      > : public VecExpression<VecSum<E1, E2> >
{
    E1 const& _u;
    E2 const& _v;
    public:
    VecSum(E1 const& u, E2 const& v) : _u(u), _v(v)
    {
    }
    double operator[](size_t i) const { return _u + _v[i]; }
    size_t size()               const { return _v.size(); }
};

template <typename E1, typename E2>
class VecSum < E1, E2,
      typename std::enable_if_t< !std::is_arithmetic<E1>::value && std::is_arithmetic<E2>::value>
      > : public VecExpression<VecSum<E1, E2> >
{
    E1 const& _u;
    E2 const& _v;
    public:
    VecSum(E1 const& u, E2 const& v) : _u(u), _v(v)
    {
    }
    double operator[](size_t i) const { return _u[i] + _v; }
    size_t size()               const { return _u.size(); }
};
int main(){
    Vec v0 = { 1, 2, 3 ,4 };
    Vec v1 = {10, 20,30,40 };
    Vec v2 = {100,200,300,400 };
    {
        Vec sum = v0+v1+v2;
        Vec v3(4);
        for(int i=0;i<4;++i)
            v3[i]=sum[i];

        for(unsigned int i=0;i<v3.size();++i)
            std::cout << v3[i] << std::endl;
    }
    std::cout << "with lhs skalar" << std::endl;
    {
        Vec sum = 5 + 50 + v1;
        Vec v3(4);
        for(int i=0;i<4;++i)
            v3[i]=sum[i];

        for(unsigned int i=0;i<v3.size();++i)
            std::cout << v3[i] << std::endl;
    }
    std::cout << "with rhs skalar" << std::endl;
    {
        Vec sum = v1 + 5 + 50 ;
        Vec v3(4);
        for(int i=0;i<4;++i)
            v3[i]=sum[i];

        for(unsigned int i=0;i<v3.size();++i)
            std::cout << v3[i] << std::endl;
    }
}

替代方案呢：

class AnySize { };
bool operator==(AnySize, AnySize) { return true; }
bool operator==(size_t, AnySize) { return true; }
bool operator==(AnySize, size_t) { return true; }
template <typename T>
class Scalar {
    T _value;
public:
    explicit Scalar(T value) : _value(value) {}
    T operator[](int) { return _value; }
    AnySize size() { return {}; }
}

您还需要更改VecExpression::size，以提供适当的尺寸，而不是总是左侧的

AnySize size_for(AnySize, AnySize) { return {}; }
size_t size_for(size_t lhs, AnySize) { return lhs; }
size_t size_for(AnySize, size_t rhs) { return rhs; }
size_t size_for(size_t lhs, size_t rhs) { return lhs; }
auto VecExpression<E1,E2>::size() { return size_for(_u.size(), _v.size()); }
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