如何在编译时获得多维 std::vector 的深度？

Question

我有一个函数接受多维 std::vector 并且需要将深度（或维数）作为模板参数传入。我不想硬编码这个值，而是想编写一个 constexpr 函数，它将 std::vector 和 return 深度作为 unsigned integer 值。

例如：

std::vector<std::vector<std::vector<int>>> v =
{
    { { 0, 1}, { 2, 3 } },
    { { 4, 5}, { 6, 7 } },
};

// Returns 3
size_t depth = GetDepth(v);

这需要在编译时完成，因为这个深度将作为模板参数传递给模板函数：

// Same as calling foo<3>(v);
foo<GetDepth(v)>(v);

有什么办法吗？

Answer 1

经典的模板问题。这是一个简单的解决方案，就像 C++ 标准库的做法一样。基本思想是有一个递归模板，每个维度一个一个地计数，对于任何不是向量的类型，基本情况为 0。

#include <vector>
#include <type_traits>

template<typename T>
struct dimensions : std::integral_constant<std::size_t, 0> {};

template<typename T>
struct dimensions<std::vector<T>> : std::integral_constant<std::size_t, 1 + dimensions<T>::value> {};

template<typename T>
inline constexpr std::size_t dimensions_v = dimensions<T>::value; // (C++17)

那么你可以像这样使用它：

dimensions<vector<vector<vector<int>>>>::value; // 3
// OR
dimensions_v<vector<vector<vector<int>>>>; // also 3 (C++17)

编辑：

好的，我已经完成了任何容器类型的一般实现。请注意，我将容器类型定义为根据表达式 begin(t) 具有格式良好的迭代器类型的任何类型，其中 std::begin 是为 ADL 查找导入的，而 t 是 [= 类型的左值16=].

这是我的代码和注释，用于解释为什么这些东西有效以及我使用的测试用例。注意，这需要 C++17 才能编译。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <array>
#include <type_traits>

using std::begin; // import std::begin for handling C-style array with the same ADL idiom as the other types

// decide whether T is a container type - i define this as anything that has a well formed begin iterator type.
// we return true/false to determing if T is a container type.
// we use the type conversion ability of nullptr to std::nullptr_t or void* (prefers std::nullptr_t overload if it exists).
// use SFINAE to conditionally enable the std::nullptr_t overload.
// these types might not have a default constructor, so return a pointer to it.
// base case returns void* which we decay to void to represent not a container.
template<typename T>
void *_iter_elem(void*) { return nullptr; }
template<typename T>
typename std::iterator_traits<decltype(begin(*(T*)nullptr))>::value_type *_iter_elem(std::nullptr_t) { return nullptr; }

// this is just a convenience wrapper to make the above user friendly
template<typename T>
struct container_stuff
{
    typedef std::remove_pointer_t<decltype(_iter_elem<T>(nullptr))> elem_t;    // the element type if T is a container, otherwise void
    static inline constexpr bool is_container = !std::is_same_v<elem_t, void>; // true iff T is a container
};

// and our old dimension counting logic (now uses std:nullptr_t SFINAE logic)
template<typename T>
constexpr std::size_t _dimensions(void*) { return 0; }

template<typename T, std::enable_if_t<container_stuff<T>::is_container, int> = 0>
constexpr std::size_t _dimensions(std::nullptr_t) { return 1 + _dimensions<typename container_stuff<T>::elem_t>(nullptr); }

// and our nice little alias
template<typename T>
inline constexpr std::size_t dimensions_v = _dimensions<T>(nullptr);

int main()
{
    std::cout << container_stuff<int>::is_container << '\n';                 // false
    std::cout << container_stuff<int[6]>::is_container<< '\n';               // true
    std::cout << container_stuff<std::vector<int>>::is_container << '\n';    // true
    std::cout << container_stuff<std::array<int, 3>>::is_container << '\n';  // true
    std::cout << dimensions_v<std::vector<std::array<std::vector<int>, 2>>>; // 3
}

Answer 2

假设容器是具有value_type和iterator成员类型的任何类型（标准库容器满足此要求）或C风格的数组，我们可以很容易地概括Cruz Jean的解决方案：

template<class T, typename = void>
struct rank : std::integral_constant<std::size_t, 0> {};

// C-style arrays
template<class T>
struct rank<T[], void> 
    : std::integral_constant<std::size_t, 1 + rank<T>::value> {};

template<class T, std::size_t n>
struct rank<T[n], void> 
    : std::integral_constant<std::size_t, 1 + rank<T>::value> {};

// Standard containers
template<class T>
struct rank<T, std::void_t<typename T::iterator, typename T::value_type>> 
    : std::integral_constant<std::size_t, 1 + rank<typename T::value_type>::value> {};

int main() {
    using T1 = std::list<std::set<std::array<std::vector<int>, 4>>>;
    using T2 = std::list<std::set<std::vector<int>[4]>>;

    std::cout << rank<T1>();  // Output : 4
    std::cout << rank<T2>();  // Output : 4
}

如果需要，可以进一步限制容器类型。

Answer 3

您可以定义以下 class 模板 vector_depth<> 匹配任何类型：

template<typename T>
struct vector_depth {
   static constexpr size_t value = 0;
};

此主要模板对应于结束递归的基本情况。然后，为 std::vector<T>:

定义其对应的特化

template<typename T>
struct vector_depth<std::vector<T>> {
   static constexpr size_t value = 1 + vector_depth<T>::value;
};

此特化匹配 std::vector<T> 并对应于递归情况。

最后，定义函数模板 GetDepth()，该模板求助于上面的 class 模板：

template<typename T>
constexpr auto GetDepth(T&&) {
   return vector_depth<std::remove_cv_t<std::remove_reference_t<T>>>::value;
}

示例：

auto main() -> int {
   int a{}; // zero depth
   std::vector<int> b;
   std::vector<std::vector<int>> c;
   std::vector<std::vector<std::vector<int>>> d;

   // constexpr - dimension determinted at compile time
   constexpr auto depth_a = GetDepth(a);
   constexpr auto depth_b = GetDepth(b);
   constexpr auto depth_c = GetDepth(c);
   constexpr auto depth_d = GetDepth(d);

   std::cout << depth_a << ' ' << depth_b << ' ' << depth_c << ' ' << depth_d;
}

这个程序的输出是：

0 1 2 3

如何在编译时获得多维 std::vector 的深度？

How can I get the depth of a multidimensional std::vector at compile time?

c++

templates

stdvector

template-meta-programming

constexpr