C++17 函数模板中的静态数组初始化 (MSVC 2019)

Posted 2023-02-22

【中文标题】C++17 函数模板中的静态数组初始化 (MSVC 2019)

【英文标题】：Static array initialization in a function template in C++17 (MSVC 2019)

【发布时间】：2020-02-22 14:46:45

【问题描述】：

我正在寻找一种方便有效的方法来初始化函数模板中的静态数组。例如，假设我们有一个这样的函数：

template <size_t windowSize>
int process_signal(int currentSignal)
    
    // incorrect: inits only 3 elements; want to set all values to -1
    static std::array<int, windowSize> window =  -1, -1, -1 ; 
    // do something...

这样我只能用 -1 初始化前 3 个元素，但不能全部初始化。

到目前为止，我提出的最佳解决方案是使用 constexpr 函数进行编译时初始化：

template <size_t sz, int value>
constexpr std::array<int, sz> init_array() 

    std::array<int, sz> arr;
    //arr.fill(-1); // will be constexpr since C++20

    // operator [] is constexpr in C++17
    for (int i = 0; i < sz; ++i)
        arr[i] = value;

    return arr;



template <size_t windowSize>
int process_signal(int currentSignal)
    
    // works fine, but extra variable needed
    constexpr static std::array<int, windowSize> init_value = init_array<windowSize, -1>();
    static std::array<int, windowSize> window = init_value;

    // window will be updated...

这样我可以在编译时初始化一次数组。但是，它需要一个额外的constexpr 变量（在我的情况下为init_value）来绑定init_array() 函数的结果。如果我在没有它的情况下尝试相同的操作，init_array() 将作为普通函数调用（因此初始化不再是编译时）：

template <size_t windowSize>
int process_signal(int currentSignal)
    
    // no longer compile-time in MSVC2019
    static std::array<int, windowSize> window = init_array<windowSize, -1>();

    // window will be updated...

如果没有额外的constexpr 变量，是否可以做同样的事情？或者，也许它只是特定于我的编译器（MSVC 2019）？

【问题讨论】：

你可以使用模板参数包扩展，这里是some inspiration（方法3）。

这能回答你的问题吗？ How to initialize all members of an array to the same value?

-> This answer

@zett42 在这个问题中，我想强调使用 constexpr 函数初始化普通变量与 MSVC 编译器中的 constexpr 变量之间的区别。

【参考方案1】：

不需要你的额外变量，只需写：

static auto window = init_array<windowSize, -1>();

初始化器仍然是一个常量表达式，应该由编译器在编译时计算。

如果您的编译器由于某种原因没有正确优化它，那么您可以使用 lambda 来存储中间 constexpr 变量：

static auto window = [] constexpr auto x = init_array<windowSize, -1>(); return x; ();

或者你可以把它放在一个单独的函数中，例如在init_array:

template <size_t sz, int value>
constexpr std::array<int, sz> init_array() 

    constexpr auto x = []
        std::array<int, sz> arr;
        //arr.fill(-1); // will be constexpr since C++20

        // operator [] is constexpr in C++17
        for (int i = 0; i < sz; ++i)
            arr[i] = value;

        return arr;
    ();
    return x;

您可以使函数更加通用：

template <std::size_t S, typename T>
constexpr auto init_array(const T& value) 

    return std::apply([&](auto... pack)
        return std::array((void)pack, value)...;
    , std::array<int, S>);

用作

static auto window = init_array<windowSize>(-1);

或

template <std::size_t S, auto value>
constexpr auto init_array() 

    constexpr auto x = std::apply([](auto... pack)
        return std::array((void)pack, value)...;
    , std::array<int, S>);
    return x;

用作

static auto window = init_array<windowSize, -1>;

强制编译时评估（直到复制）。

【讨论】：

这是我在帖子中写的：这种方式初始化在 MSVC 2019 中不再是编译时

@mentalmushroom 编译器决定如何处理它。将 constexpr 值复制到静态变量中可能比运行简单函数更耗时。

@mentalmushroom 我不知道为什么 MSVC 没有正确优化这个，但我添加了一个替代方案。

@mentalmushroom 在查看了 MSVC 生成的程序集之后，我会说这是一个错过的优化。如果初始化程序是一个更复杂的常量表达式，MSVC 似乎没有认识到它可以执行常量初始化而不是 static 的动态初始化。没有办法要求常量初始化，如果你使用initial_valueconstexpr，它恰好可以工作。这种优化取决于编译器。