将参数传递给容器构造函数"array-like"

Question

背景

我正在使用一个有以下限制的嵌入式平台：

• 无堆
• 没有Boost库
• 支持C++11

在过去，我曾多次处理过以下问题：

创建一个类类型为T的数组，其中T没有默认的构造函数

该项目最近才添加了对C++11的支持，到目前为止，每当我不得不处理这个问题时，我都会使用特别的解决方案。既然C++11已经可用，我想我应该尝试制作一个更通用的解决方案。

解决方案尝试

我复制了一个std:：aligned_storage的例子，为我的数组类型提供了框架。结果如下：

#include <type_traits>
template<class T, size_t N>
class Array {
  // Provide aligned storage for N objects of type T
  typename std::aligned_storage<sizeof(T), alignof(T)>::type data[N];
public:
  // Build N objects of type T in the aligned storage using default CTORs
  Array()
  {
    for(auto index = 0; index < N; ++index)
      new(data + index) T();
  }
  const T& operator[](size_t pos) const
  {
    return *reinterpret_cast<const T*>(data + pos);
  }
  // Other methods consistent with std::array API go here
};

这是一个基本类型——只有当T是默认可构造的时，Array<T,N>才会编译。我对模板参数打包不是很熟悉，但看了一些例子，我得出了以下结论：

template<typename ...Args>
Array(Args&&... args) 
{
  for(auto index = 0; index < N; ++index)
    new(data + index) T(args...);
}

这无疑是朝着正确方向迈出的一步。Array<T,N>现在编译与T的构造函数匹配的if传递参数。

我剩下的唯一问题是构造一个Array<T,N>，其中数组中的不同元素具有不同的构造函数参数。我想我可以把它分成两种情况：

1-用户指定参数

这是我对CTO:的刺

template<typename U>
Array(std::initializer_list<U> initializers)
{
  // Need to handle mismatch in size between arg and array
  size_t index = 0;
  for(auto arg : initializers) {
    new(data + index) T(arg);
    index++;
  }
}

除了需要处理数组和初始值设定项列表之间的维度不匹配之外，这似乎很好，但有很多方法可以处理这些不重要的问题。这里有一个例子：

struct Foo {
  explicit Foo(int i) {}
};
void bar() {
  // foos[0] == Foo(0)
  // foos[1] == Foo(1)
  // ..etc
  Array<Foo,10> foos {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
}

2-参数遵循模式

在我前面的例子中，foos是用一个递增列表初始化的，类似于std::iota。理想情况下，我希望支持以下内容，其中range(int)返回一些可以初始化数组的东西。

// One of these should initialize foos with parameters returned by range(10)
Array<Foo,10> foosA = range(10);
Array<Foo,10> foosB {range(10)};
Array<Foo,10> foosC = {range(10)};
Array<Foo,10> foosD(range(10));

谷歌搜索显示std::initializer_list不是一个"正常"容器，所以我不认为有任何方法可以让range(int)根据函数参数返回std::initializer_list。

同样，这里有几个选项：

• 运行时指定的参数(函数返回？(
• 编译时指定的参数(constexpr函数返回模板(

问题

1. 到目前为止，这个解决方案有什么问题吗
2. 有人建议生成构造函数参数吗？除了对std::initializer_list进行硬编码之外，我在运行时或编译时想不出其他解决方案，所以任何想法都是受欢迎的

Answer 1

如果我正确理解您的问题，我还偶然发现了std:：array在元素构造方面的完全不灵活，有利于聚合初始化(以及缺少具有灵活元素构造选项的静态分配容器(。我想出的最好的方法是创建一个类似数组的自定义容器，它接受迭代器来构造它的元素。这是一个完全灵活的解决方案：

• 适用于固定大小和动态大小的容器
• 可以将不同或相同的参数传递给元素构造函数
• 可以调用具有一个或多个(元组分段构造(参数的构造函数，甚至可以调用不同元素的不同构造函数(具有控制反转(

例如：

const size_t SIZE = 10;
std::array<int, SIZE> params;
for (size_t c = 0; c < SIZE; c++) {
    params[c] = c;
}
Array<Foo, SIZE> foos(iterator_construct, &params[0]); //iterator_construct is a special tag to call specific constructor
// also, we are able to pass a pointer as iterator, since it has both increment and dereference operators

注意：通过使用自定义迭代器类，您可以完全跳过此处的参数数组分配，该类根据动态位置计算其值。

对于多参数构造函数，它将是：

const size_t SIZE = 10;
std::array<std::tuple<int, float>, SIZE> params; // will call Foo(int, float)
for (size_t c = 0; c < SIZE; c++) {
    params[c] = std::make_tuple(c, 1.0f);
}
Array<Foo, SIZE> foos(iterator_construct, piecewise_construct, &params[0]);

具体的实现示例是一段很大的代码，所以如果你想了解除总体想法之外的实现细节，请告诉我——我会更新我的答案。

Answer 2

我会使用工厂lambda。

lambda获取一个指向要构造的位置的指针和一个索引，并负责构造。

这使得复制/移动也很容易写入，这是一个好兆头

template<class T, std::size_t N>
struct my_array {
  T* data() { return (T*)&buffer; }
  T const* data() const { return (T const*)&buffer; }
  // basic random-access container operations:
  T* begin() { return data(); }
  T const* begin() const { return data(); }
  T* end() { return data()+N; }
  T const* end() const { return data()+N; }
  T& operator[](std::size_t i){ return *(begin()+i); }
  T const& operator[](std::size_t i)const{ return *(begin()+i); }
  // useful utility:
  bool empty() const { return N!=0; }
  T& front() { return *begin(); }
  T const& front() const { return *begin(); }
  T& back() { return *(end()-1); }
  T const& back() const { return *(end()-1); }
  std::size_t size() const { return N; }
  // construct from function object:
  template<class Factory,
    typename std::enable_if<!std::is_same<std::decay_t<Factory>, my_array>::value, int> =0
  >
  my_array( Factory&& factory ) {
    std::size_t i = 0;
    try {
      for(; i < N; ++i) {
        factory( (void*)(data()+i), i );
      }
    } catch(...) {
      // throw during construction.  Unroll creation, and rethrow:
      for(std::size_t j = 0; j < i; ++j) {
        (data()+i-j-1)->~T();
      }
      throw;
    }
  }
  // other constructors, in terms of above naturally:
  my_array():
    my_array( [](void* ptr, std::size_t) {
      new(ptr) T();
    } )
  {}
  my_array(my_array&& o):
    my_array( [&](void* ptr, std::size_t i) {
      new(ptr) T( std::move(o[i]) );
    } )
  {}
  my_array(my_array const& o):
    my_array( [&](void* ptr, std::size_t i) {
      new(ptr) T( o[i] );
    } )
  {}
  my_array& operator=(my_array&& o) {
    for (std::size_t i = 0; i < N; ++i)
      (*this)[i] = std::move(o[i]);
    return *this;
  }
  my_array& operator=(my_array const& o) {
    for (std::size_t i = 0; i < N; ++i)
      (*this)[i] = o[i];
    return *this;
  }
private:
  using storage = typename std::aligned_storage< sizeof(T)*N, alignof(T) >::type;
  storage buffer;
};

它定义了my_array()，但只有当你试图编译它时，它才会被编译

支持初始值设定项列表相对容易。当il不够长或太长时，很难决定该怎么办。我想你可能想要：

template<class Fail>
my_array( std::initializer_list<T> il, Fail&& fail ):
  my_array( [&](void* ptr, std::size_t i) {
    if (i < il.size()) new(ptr) T(il[i]);
    else fail(ptr, i);
  } )
{}

这需要你输入一个"失败时该怎么办"。我们可以通过添加以下内容默认抛出：

template<class WhatToThrow>
struct throw_when_called {
  template<class...Args>
  void operator()(Args&&...)const {
    throw WhatToThrow{"when called"};
  }
};
struct list_too_short:std::length_error {
  list_too_short():std::length_error("list too short") {}
};
template<class Fail=ThrowWhenCalled<list_too_short>>
my_array( std::initializer_list<T> il, Fail&& fail={} ):
  my_array( [&](void* ptr, std::size_t i) {
    if (i < il.size()) new(ptr) T(il[i]);
    else fail(ptr, i);
  } )
{}

如果我写对了，就会导致初始化器列表太短，从而导致有意义的抛出消息。在您的平台上，如果没有例外，您可以只使用exit(-1)。