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如何优雅的实现多维数组

2023-02-28

数组,想必大家都知道,大体长这样:复制intnative_arr[3];std::array<int,3>arr;1.2.那二维数组呢,假如我需要定义一个3行4列的数组,是不是这样:复制intmulti_array_native[3][4];std::array<std::arra

数组,想必大家都知道,大体长这样:

int native_arr[3];
std::array<int, 3> arr;
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那二维数组呢,假如我需要定义一个3行4列的数组,是不是这样:

int multi_array_native[3][4];
std::array<std::array<int, 3>, 4> multi_array;
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第一眼看上去,貌似没啥毛病。

但其实不对,上面的multi_array其实是个4行3列的数组,然而这才是个正确的3行4列的数组:

std::array<std::array<int, 4>, 3> multi_array;
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这块其实就很容易写出不容易发现的bug,可能二维数组还好一些,如果是多维数组,更难办。

那有没有办法,正常的使用std::array实现多维数组呢?

肯定有,就是利用好模板元编程技巧,这里先来实现个二维数组:

template <typename T, size_t R, size_t C>
using TwoDimMatrix = std::array<std::array<T, C>, R>;
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其实就是将反直觉的R和C调换个顺序,使用方式如下:

void test_two_dim_matrix() {
    constexpr size_t row = 2;
    constexpr size_t col = 3;
    TwoDimMatrix<int, row, col> mat;
    int k = 0;
    for (int i = 0; i < row; ++i) {
        for (int j = 0; j < col; ++j) {
            mat[i][j] = ++k;
        }
    }
}
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使用TwoDimMatrix,就可以正常的定义二维数组,而无需反常规的按相反顺序定义数组。

定义好了二维数组,那三维、四维、五维数组如何定义?难道要像上面一样,定义出ThreeDimMatrix、FourDimMatrix?

肯定不能这样,那可是太麻烦了,也不通用。

这里可能利用模板的可变参数来实现,直接上代码吧:

template <typename T, size_t R, size_t... C>
struct Matrix {
    using Col = typename Matrix<T, C...>::type;
    using type = std::array<Col, R>;
};

template <typename T, size_t R>
struct Matrix<T, R> {
    using type = std::array<T, R>;
};
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使用方式如下:

void test_multi_array() {
    constexpr size_t a = 2;
    constexpr size_t b = 3;
    constexpr size_t c = 4;
    constexpr size_t d = 5;
    Matrix<int, a, b, c, d>::type mat;
    int u = 0;
    for (int i = 0; i < a; ++i) {
        for (int j = 0; j < b; ++j) {
            for (int k = 0; k < c; ++k) {
                for (int m = 0; m < d; ++m) {
                    mat[i][j][k][m] = ++u;
                }
            }
        }
    }
}
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看,这样就方便多了吧,这样就可以使用常规的方式定义正确的多维数组啦。