這是一種常見的code pattern
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| template <size_t length>
void for_loop_do() {
for (size_t i = 0; i < length; i++) {
do(i);
}
}
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不過既然我們在compile-time知道length的值了，自然想要unroll loop body，變成類似這樣
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| void unroll_do() {
do(0);
do(1);
do(2);
....
}
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直覺的想法就是costexpr for
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| template <size_t length>
void for_loop_do() {
constexpr for (size_t i = 0; i < length; i++) {
do(i);
}
}
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不過自然沒這語法，只好用其他方法繞過，解決的方法也不只一種，提出兩種比較常用的
Version 1: Recursive + if constexpr
學過資料結構的話，知道迴圈可以用遞洄來模擬
加上C++17的if constexpr可以很容易蹶決這問題
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| template <size_t index, size_t boundary, typename Func>
void constexpr_for_impl(Func func)
{
if constexpr (index == boundary) {
return;
} else {
func(index);
constexpr_for_impl<index + 1, boundary>(func);
}
}
template <size_t boundary, typename Func>
void constexpr_for(Func func)
{
constexpr_for_impl<0, boundary>(func);
}
int main()
{
constexpr_for<3>([](size_t index) {
printf("llu\n", index);
});
}
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Version 2: integer_sequence
C++14之後，引進了一個helper class integer_sequence，將常數納入Type當中
這很少直接拿來用，通常只有操作tuple時才會使用，不過要模擬constexpr for這個特色，這功能少不了
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| #include <iostream>
#include <utility>
template <typename T, T... ints>
void print_sequence(std::integer_sequence<T, ints...> int_seq)
{
std::cout << "The sequence of size " << int_seq.size() << ": ";
((std::cout << ints << ' '), ...);
std::cout << '\n';
}
int main()
{
print_sequence(std::integer_sequence<unsigned, 9, 2, 5, 1, 9, 1, 6>{});
}
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我們想要的就是有一個類似std::integer_sequence<size_t, 0, 1, ..., n>這樣的sequence，這時候另外一個helper type make_integer_sequence登場了
以下是上一個範例的修改
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| #include <iostream>
#include <utility>
template <typename T, T... ints>
void print_sequence(std::integer_sequence<T, ints...> int_seq)
{
std::cout << "The sequence of size " << int_seq.size() << ": ";
((std::cout << ints << ' '), ...);
std::cout << '\n';
}
int main()
{
print_sequence(std::make_integer_sequence<int, 12>{});
}
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這就是constexpr for的核心觀念
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| template <std::size_t... Is, typename Func>
void constexpr_for_impl(std::index_sequence<Is...>, Func func)
{
(func(Is), ...);
}
template <size_t boundary, typename Func>
void constexpr_for(Func func)
{
constexpr_for_impl(std::make_index_sequence<boundary>{}, func);
}
int main()
{
constexpr_for<3>([](size_t index) {
printf("llu\n", index);
});
}
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C++20之後，有了 Template Lambdas，因此我們可以進一步這樣寫
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| template <size_t boundary, typename Func>
void constexpr_for(Func func)
{
[&] <size_t... Is> (std::index_sequence<Is...>) {
([&] <size_t I> (std::integral_constant<size_t, I>) {
func(I);
} (std::integral_constant<size_t, Is>{}), ...);
} (std::make_index_sequence<boundary>{});
}
int main()
{
constexpr_for<3>([](size_t index) {
printf("llu\n", index);
});
}
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Conclusion
模擬只是模擬，當for loop加入了continue，break，return之後，上面的方法就會變得很複雜，只適合簡單的應用