现代C++数组参数

Question

我希望在现代C++中将可变大小的小数组作为参数传递，即：

func({1,2,3,4});

而且它应该尽可能快，最好没有堆分配。

我尝试过的事情：

C样式数组

void func(int * arr, int arrayCount) {
   for (int i = 0; i < arrayCount; i++) {
      //use arr[i];
   }
}

int arr[] = {1,2,3,4};
func(arr, 4);

这是快速和有效的，但增加了一个额外的arrayCount变量，它容易出现用户错误，函数调用现在被分成两行。

性病载体

void func(vector<int> arr) {
    for (int &a : arr) {
      //use a
    }
}

func({1,2,3});

这是非常干净的，但由于将数据复制到堆中，所以速度非常慢。将签名更改为使用通用参考文件：

void func(vector<int> && arr) {

似乎没什么区别。

initializer_list

void func(initializer_list<int> arr) {
    for (int &a : arr) {
      //use a
    }
}

func({1,2,3});

这是一个50倍的速度提高了矢量(大约)！使用A&还是没有什么区别，但是由于initializer_list创建和迭代的开销，它仍然比C样式的语法慢5~10倍。对于许多用例来说仍然是可以接受的，但是开销似乎有点不必要。

考虑到编译器可能变得更聪明了，我尝试了以下几点：

std阵列

template <int arrayCount>
void func(array<int, arrayCount> arr) {

  for (int &a : arr) {
    //use a
  }

}

编译器无法从调用中推断出大小，因此有必要编写

func<3>({1,2,3});

在任何情况下，这都不会比初始化程序列表快。

由于多种原因，多样性模板是不可能的，因为它们不支持多个数组参数，而且语法很难导航。

有没有一种既能获得简洁的语法又能获得快速性能的方法？似乎添加一些语法糖来包装C样式数组表示法似乎很容易。

Clarification

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这些测试是在默认优化(O2)的MSVC 2017中执行的：

timer.start();
for(int i = 0; i < 100000; i++) {
   func({i, i+2, i+3, i+4});
}
timer.stop();

或者是c风格：

for (int i = 0; i < 100000; i++) {
   int arr[] = {i, i+2, i+3, i+4};
   func(arr, 4);
}

将传递的值添加到静态变量中。

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评论

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有关使用泛型传递数组的语法，请参见下面的答案，该语法避免STL，性能与C样式选项相似，但其处理空数组的能力有限。

我的理解是，在大多数用例中，initalizer_list表示法可能足够快，应该避免使用向量表示法，当性能绝对关键时，根据用例考虑泛型数组方法或C样式数组。MSVC并没有像GCC/Clang那样对它们进行优化。

Answer 1

试试这个：

template< typename T, size_t N>
void func( T const (&arr)[ N ]  )
{...}

void func() // overloaded function for empty parameter
{...}

编译器将从传递给函数的数组中自动推断类型和数组大小。数组必须是一个完整的类型，而不是指针，而维度必须在调用位置知道。

编辑:如果不能使用没有参数的函数，则应该考虑标记分派：

class Empty_List {};

static constexpr Empty_List empty;

void func( Empty_List ) 
{ ... }

这应该称为：

 func( empty ); // option 1
 func( {} );    // option 2

Answer 2

有了C++17，就可以很容易地用可变的非类型模板来替换这样的小数组。也许值得考虑这样的事情：

template <std::size_t... Ns>
using A = std::index_sequence<Ns...>; // syntactic sugar

template <std::size_t... Ns>
constexpr void func(A<Ns...>) {
    (do_something(Ns), ...); // fold expression <=> for (int a: arr)
}

Answer 3

在C++中，常见的成语是span，有时称为span、ref或视图，如array_view、string_view等。实际上，它是C样式数组中使用的指针和大小参数的捆绑，但在提供std::array或std::vector接口的C++类中。它是对另一个连续容器中数据的不拥有引用。有些实现只对const引用使用spans，但另一些则不使用。

这个成语为您提供了与您的std::vector大小写相同的代码，但是它与C风格的数组大小写一样高效，因为没有动态内存分配和复制。

这个习语已经变得如此普遍，以至于它是C++核心指南支持库的一部分，而且一个版本甚至可能会进入C++标准库。

如果你没有一个已经提供这个成语的库，那么你自己的库就不难了。您可以创建一个类模板，该模板作为成员具有指针和元素计数。您可以添加构造函数，以便轻松地将容器转换到此表示形式，并使operator[]过载以提供访问。