是否可以通过一个模板函数实现按列操作和按行操作？

Posted 2023-02-22

【中文标题】是否可以通过一个模板函数实现按列操作和按行操作？

【英文标题】：Is it possible to realize column-wise operation and row-wise operation by one template function?

【发布时间】：2016-12-31 21:55:12

【问题描述】：

这是我的问题，我正在处理一个 n 维数据。为简单起见，假设 n=2。我也有一个一维数据的算法。为了将此算法扩展到二维问题，我可以这样做

for each row
    apply algorithm

但是，如果我想对每一列应用这个算法，我需要编写一个新函数

for each column
    apply algorithm

例如，假设我有一个函数：

void func(vector<T> &vec);

然后将这个函数应用到一个向量上，我可以简单地调用这个函数：

vector<T> vec;
func(vec);

对于 3D 数据：

T multiArray[l][m][n];

据我所知，如果我想将上述函数应用于第一维的所有向量，我会这样做：

for(int j=0;j<m;j++)
    for(int k=0;k<n;k++)
        vector<T> singleArray;
        for(int i=0;i<l;i++)
            singleArray.push_back(multiArray[i][j][k]);
        
        func(singleArray);
    

但是，对于同样的数据，如果我想对所有的三维向量都应用上面的函数，我需要重写为：

for(int i=0;i<l;i++)
    for(int j=0;j<m;j++)
        vector<T> singleArray;
        for(int k=0;k<n;k++)
            singleArray.push_back(multiArray[i][j][k]);
        
        func(singleArray);
    

基本上，除了每个 for 循环中的迭代器之外，一切都相同。我希望有一些方法可以用一个函数来实现这两种计算。

谢谢

【参考方案1】：

我不知道通用解决方案，但您可以使用参考解决您的具体问题（使用第一个、第二个或第三个索引或...）。

在 3D 情况下，首先可以声明循环变量（i、j 和 k）

std::size_t i, j, k;

接下来，您可以根据模板值 I“链接”另一个变量 (i、j 或 k)

std::size_t & r = (I == 0U ? i : (I == 1U ? j : k));

下面是一个可编译的例子

#include <vector>
#include <iostream>

template <std::size_t I>
void func (std::vector<std::vector<std::vector<double> > > & d)
 
   std::size_t i, j, k;

   std::size_t & r = (I == 0U ? i : (I == 1U ? j : k));

   for ( i = 0U ; i < d.size() ; ++i )
     for ( j = 0U ; j < d[i].size() ; ++j )
       for ( k = 0U ; k < d[i][j].size() ; ++k )
          d[i][j][k] += r+1;
 

int main()
 
   std::vector<std::vector<std::vector<double> > > data;

   // some data in data

   func<0>(data); // r is i
   func<1>(data); // r is j
   func<2>(data); // r is k
 

--- 编辑---

OP 询问

这个函数是否可以用于任意维度？

没有。

不是这个函数。

但我提出了一个完全不同（而且更复杂）的解决方案。我写了它，但不要让我检查它是否真的有效。

这个想法不再基于参考，而是基于模板专业化。

这次模板索引是从 1 开始的：如果你想截取第一个索引（例如x），使用模板值1，如果你想截取第二个索引（例如y），则使用2，等等

所以你打电话

foo<1U>(data1);    // r is the first index

对于一维向量，

foo<1U>(data2);     // r is the first index
foo<2U>(data2);     // r is the second index

对于二维向量等

如果你打电话

foo<I>(data)

如果I 大于data 的维度，则会出现编译错误。

如果你打电话

foo<0>(data)

只有在编译 C++11 或更高版本时才会出现编译错误（C++98 r 变为零；但您可以添加 assert() 以获取运行时错误）。

例子

#include <vector>
#include <iostream>

template <std::size_t I>
struct bar
 
   template <typename T>
   static void baz (std::vector<T> & v, std::size_t)
    
      for ( std::size_t i = 0U ; i < v.size() ; ++i )
         bar<I-1U>::baz(v[i], i);
    
 ;

template <>
struct bar<0U>
 
   template <typename T>
   static void baz (std::vector<T> & v, std::size_t r)
    
      for ( std::size_t i = 0U ; i < v.size() ; ++i )
         baz(v[i], r);
    

   static void baz (double & d, std::size_t r)
     d += r + 1U; 
 ;


template <std::size_t I, typename V>
void foo (V & v)
 
#if __cplusplus >= 201103L   
   static_assert(I > 0U, "!"); // c++11 or newer
#endif

   bar<I>::baz(v, 0U);
 

int main()
 
   std::vector<double >                            data1;
   std::vector<std::vector<double> >               data2;
   std::vector<std::vector<std::vector<double> > > data3;

   // some data in data1, data2 and data3

   // foo<0U>(data1);  // compilation error in C++11 or newer
   foo<1U>(data1);     // r is the first index
   // foo<2U>(data1);  // compilation error

   // foo<0U>(data2);  // compilation error in C++11 or newer
   foo<1U>(data2);     // r is the first index
   foo<2U>(data2);     // r is the second index
   // foo<3U>(data2);  // compilation error

   // foo<0U>(data3);  // compilation error in C++11 or newer
   foo<1U>(data3);     // r is the first index
   foo<2U>(data3);     // r is the second index
   foo<3U>(data3);     // r is the third index
   // foo<4U>(data3);  // compilation error
 

【讨论】：

这个函数是否可以用于任意维度？

@DiMiao - 答案改进；希望这会有所帮助。

Thx，你的方法为我的问题提供了一个很好的方向。真的很有帮助。