只有在运行时才知道，有没有一种有效的方法来初始化多维向量的大小？

Posted 2023-02-21

【中文标题】只有在运行时才知道，有没有一种有效的方法来初始化多维向量的大小？

【英文标题】：Is there an efficient way to initialise the size of a multidimensional vector when only known at runtime?

【发布时间】：2021-03-25 14:57:19

【问题描述】：

我有一个类，它有一个 3D 矢量作为它的变量之一。这个向量的大小直到运行时才知道。有没有一种有效的方法来初始化这个向量？

例如，我的班级可能是

class Foo 
public: 
    std::vector<std::vector<std::vector<float>>> x;
    std::vector<std::vector<std::vector<float>>> y;
    std::vector<std::vector<std::vector<float>>> z;

    std::vector<std::vector<std::vector<float>>> bar;

    int ni;
    int nj;
    int nk;

使用构造函数

Foo::Foo(std::vector<std::vector<std::vector<float>>> x_,
         std::vector<std::vector<std::vector<float>>> y_,
         std::vector<std::vector<std::vector<float>>> z_) 
    x = x_;
    y = y_;
    z = z_;

    ni = x.size();
    nj = x[0].size();
    nk = x[0][0].size();

    std::vector<std::vector<std::vector<float>>> tmp(ni, std::vector<std::vector<float>>(nj, std::vector<float>(nk)));
    bar = tmp;

我可以在不分配虚拟变量tmp的情况下执行上述最后两行吗？

【问题讨论】：

我的建议，不要使用嵌套向量。编写一个包装一维向量的类并重载operator() 以进行索引。这使得创建归零结构非常容易。您可以在这里看到一个玩具示例：***.com/questions/43358369/…

@NathanOliver 或通过代理重载[] 以获得类似于多维向量的语法。

或者那个。需要更多管道，但它确实使它看起来更自然。

强制免责声明：Boost.MultiArray 存在。

感谢您的有用建议，我可能会尝试使用这些选项。

【参考方案1】：

这是你可以做到的（但不要错过阅读结尾）：

#include <vector>

class Foo 
public: 
    std::vector<std::vector<std::vector<float>>> x;
    std::vector<std::vector<std::vector<float>>> y;
    std::vector<std::vector<std::vector<float>>> z;

    int ni;
    int nj;
    int nk;

    using inner_type = std::vector<float>;
    using middle_type = std::vector<inner_type>;
    using outer_type = std::vector<middle_type>;

    outer_type bar;

    Foo(outer_type x_,
        outer_type y_,
        outer_type z_) :
         x(x_),y(y_),z(z_),
         ni(x.size()),
         nj(ni ? x[0].size() : 0),
         nk(nj ? x[0].size() : 0),
         bar( outer_type(ni,middle_type(nj,inner_type(nk))))
    
    
;

在执行构造函数主体之前初始化成员，这就是我使用成员初始化列表的原因。我更改了成员的顺序，因为成员按照它们在类定义中出现的顺序进行初始化。访问x[0] 让我有点紧张，所以我尽量确保空向量不会造成严重破坏。

这可以工作并且可以满足您的要求（我希望如此），但是向量中填充了传递给其构造函数的临时对象的副本，这不是很有效。作为替代方案，您可以按照this answer 中的建议调整成员的大小。

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最后同样重要的是，重新考虑您是否真的想要std::vector<std::vector<std::vector<float>>>。如果您需要所有“行”具有相同数量的“列”，那么嵌套向量会让您为不使用的东西付费。此外，std::vector 最吸引人的特性是它的内存局部性。不过，std::vector<std::vector<float>> 中的 floats 存储在内存的碎片区域中（因为元素不直接存储在向量中）。

具有适当索引转换的平面std::vector<float> 通常是更好的选择。

 float& access_element(size_t i, size_t j, size_t k) 
       return bar[ i *offset_i + j*offset_j + k];
 

【讨论】：

甚至可以进入成员初始化列表。

你应该尝试摆脱std::vector<std::vector<float>>(nj, std::vector<float>(nk))。这可能是一个非常昂贵的临时对象。

@NathanOliver 你已经这样做了 :) （我认为值得展示初始化列表的做法，即使调整大小更好）

【参考方案2】：

您可以使用resize() 和几个for 循环来设置bar。这不是最漂亮的解决方案，但它应该具有相当好的性能，因为没有创建临时对象并且没有不必要的分配。看起来像

bar.resize(ni);
for(auto& twodee : bar)

    twodee.resize(nj);
    for(auto& onedee : twodee)
        onedee.resize(nk);

现在bar 的大小相同，并用零填充。