编译时内的模板参数展开for循环？

Posted 2023-04-15

【中文标题】编译时内的模板参数展开for循环？

【英文标题】：template arguments inside a compile time unrolled for loop?

【发布时间】：2011-10-08 05:09:36

【问题描述】：

wikipedia (here) 给出了 for 循环的编译时间展开...... 我想知道我们是否可以在里面使用带有模板语句的类似 for 循环... 比如……

以下循环是否有效

template<int max_subdomain>
void Device<max_sudomain>::createSubDomains()

    for(int i=0; i< max_subdomain; ++i)
    
        SubDomain<i> tmp(member);
        ...
        // some operations on tmp
        ...
    

SubDomain 是一个接收模板参数 int 的类，这里使用的是 Device 类成员的参数构造。

谢谢大家的回答... 现在你知道我想要什么了... 有没有我想达到的目标？？

我终于得到了我想要的............ 而不是直接使用for循环... 可以改用Boost::MPL for_each construct。我还没有实现它，但我猜这提供了一种方法来做我想做的事.....

我从另一个堆栈溢出问题here 中得到了答案...但是同一问题的comment 拒绝使用它，因为它会非常慢（当然对于大型 for 循环）...但是..对于不大的循环，我认为不应该有任何腹胀......我会尝试代码并让你知道结果......

example 中很好地说明了用法

【问题讨论】：

你试过了吗？你说的有效是什么意思？问题是什么？

其实……现在我的代码里的东西很乱……

@Jayesh，请参考编辑后的答案。我在演示代码中犯了一个错误。

“谴责它的使用”注释是特定于 2D 循环的，它实际上不需要编译时展开。如果<i> 的所有值都需要SubDomain<i>，那么编译器自然必须实例化所有这些值。这是不可避免的工作。

@MSalters：感谢您的澄清......

【参考方案1】：

对此有一个标准的解决方案。将迭代转换为递归。

template<int i>
void Device::createSubDomains()

    SubDomain<i> tmp(member);
    // some operations on tmp
    createSubDomains<i-1>();

template<>
void Device<-1>::createSubDomains()

  // End of recursion.

注意：您不能使用运行时if(i!=0) createSubDomains<i-1>();。

2017 注意：您现在可以使用编译时if constexpr(i!=0) createSubDomains<i-1>();

【讨论】：

yaa.. 我知道...它也可以工作....但是当我在 wiki 中看到 for 循环示例时，我不得不问........谢谢无论如何答案......我是否会使用它取决于课堂上的其他一些实现......我将不得不尝试一下，看看......会让你知道我选择哪一个以及为什么...... .

【参考方案2】：

即使你已经接受了@iammilind 的回答，让我再提出一个，因为他关于为什么i 不是编译时常数is 的推理不正确。

假设你有

    template<unsigned int MAX> struct SubDomain ...;
    ...

你想声明它的一个实例......

    SubDomain<i> tmp(member);

那么i 必须是通常所谓的compile-time-constant。那是什么？

学究

标准将术语 nontype template argument 分配给不是类型的模板参数 (D'Oh)。

14.3.2 模板非类型参数 [temp.arg.nontype]

非类型、非模板模板参数的模板参数应为以下之一： — 整数或枚举类型的整数常量表达式；或 — ... [更多关注，但不相关]

正确的第一点包含进一步研究的参考：an integral constant-expression。这导致我们

5.19 常量表达式 [expr.const]

在几个地方，C++ 需要计算结果为整数或枚举常量的表达式：as array bounds (8.3.4, 5.3.4), as case expressions (6.4.2), as bit-field lengths (9.6), as enumerator initializers (7.2), 作为静态成员初始化器 (9.4.2)、和作为整数或枚举非类型模板参数 (14.3)。

那么，关键是：

整型常量表达式只能包含文字 (2.13)、枚举器、常量变量或静态 用常量表达式（8.5）初始化的整数或枚举类型的数据成员，非类型模板 整数或枚举类型的参数，以及表达式的大小。

学究式应用

如果我们回顾你的循环：

for (int i=...
    ...
    SubDomain<i>

那么我们现在可以观察到i 是不允许的。为什么？因为i 不是const variable。

观察者现在可能认为你可以绕过这个：

for (int i=...
        ...
        const int I = i;
        SubDomain<I>

但这真的允许吗？否定的，I = i 不是一个整数常量表达式，因为i 不是。它有助于认识到整数常量表达式的规则是递归应用的。

例如，以下是有效代码：

template <int> void foo()      
int main () 
    const int ccI = 0;
    const int ccJ = ccI*2;
    const int ccK = ccJ/4;     
    foo<ccK>();

但如果只将链的一部分设为非常量，则 ccK 不再被视为整数常量：

template <int> void foo()      
int main () 
          int ccI = 0;
    const int ccJ = ccI*2;  // not compile time constant
    const int ccK = ccJ/4;  // same

    foo<ccK>();             // error

总结

因此，以人类可读的形式，不是类型而是（整数）值的模板参数必须是编译时常量：

编译时常量的初始化器必须只涉及其他编译时常量 文字值是编译时常量 枚举值是编译时常量 函数调用不提供编译时常量（出于某些高级原因）

【参考方案3】：

重新编辑：

我之前的回答是正确的。我试过你的代码，它给出了编译器错误。你不能这样声明对象，因为i 不能保持编译时间常数（正如你打算做的那样 i++）。 template 参数必须始终是编译时常量。这里是the demo。

另请注意，循环展开也适用于正常循环，作为编译器优化的一部分。不限于templates。

【讨论】：

您可能第一次就做对了...您的演示与@Jayesh 给出的示例不同。在您的代码中，您使用N 实例化A，这确实是一个编译时间常数。在 OP 的示例中，他尝试使用 i 实例化模板，这是一个常规变量。这是行不通的，因为编译器无法在编译时实例化类型未知的类。所以OP的代码是无效的，不会编译。

@eran，感谢您指出错误。我已经重新修改了答案。

谢谢....我现在实际上并没有尝试使用它，但现在我尝试了..它也给了我一个错误......

请参考我编辑过的问题的最后一行....有没有在不使用动态多态性的情况下实现我想要的东西？一切在编译时就知道了……但在编写代码时就不知道了……

@Jayesh，不幸的是有办法。因为max_subdomain 可以是任何常量，我们不能基于它声明对象。但是，如果您可以在一个新问题中描述您声明此类对象的确切目标是什么，那么您可能会得到很好的帮助来找到更好的方法。