コンパイル時定数の最適化

Question

私はstd :: pairのようなクラスを実装しようとしていますが、2つ以上のコンポーネントを実装しようとしています。私のアプリケーションでは、タプルコンポーネントのいくつかはコンパイル時に既に知られていることがあるので、私は以下のスペース最適化をしたいと思います：コンポーネントがコンパイル時定数であることを知っているとき、静的なconst 'メンバ、それは個々のクラスインスタンスでストレージを浪費することはありません。 const修飾子は、実行時に値を変更しようとすると、少なくとも無意味なconst_cast（s）を除外すると、コンパイルエラーが発生することを保証します。

は、私は次の実装、コンパイル時にタグを付けるために使用さntupleクラス

template<typename T0_ = void, 
    typename T1_ = void, 
    typename T2_ = void, 
    typename T3_ = void 
    > class ntuple; 

とクラスになってしまった

template<class type_, type_ value_> class constant 
{ 
    typedef type_ type; 
    static const type value = value_; 
}; 

とntupleクラス

の部分特殊化の束を定数

template<typename T0_> 
class ntuple< 
T0_ 
> { 
public: 
static const int n=1; 
typedef T0_ T0; 
static const bool is_static = false; 
static const bool is_static0 = false; 
T0_ i0; 
}; 

template< 
typename T0_, T0_ value0_ 
> 
class ntuple< 
constant<T0_, value0_> 
> { 
public: 
static const int n=1; 
typedef T0_ T0; 
static const bool is_static = true; 
static const bool is_static0 = true; 
static const T0_ i0 = value0_; 
}; 

template< 
typename T0_, T0_ value0_ 
> const T0_ ntuple< 
constant<T0_, value0_> >::i0; 

template< 
typename T0_, 
typename T1_ 
> 
class ntuple< 
T0_, 
T1_ 
> { 
public: 
static const int n=2; 
typedef T0_ T0; 
typedef T1_ T1; 
static const bool is_static = false; 
static const bool is_static0 = false; 
static const bool is_static1 = false; 
T0_ i0; 
T1_ i1; 
}; 

template< 
typename T0_, 
typename T1_, T1_ value1_ 
> 
class ntuple< 
T0_, 
constant<T1_, value1_> 
> { 
public: 
static const int n=2; 
typedef T0_ T0; 
typedef T1_ T1; 
static const bool is_static = false; 
static const bool is_static0 = false; 
static const bool is_static1 = true; 
T0_ i0; 
static const T1_ i1 = value1_; 
}; 

template< 
typename T0_, 
typename T1_, T1_ value1_ 
> const T1_ ntuple< 
T0_, 
constant<T1_, value1_> >::i1; 

template< 
typename T0_, T0_ value0_, 
typename T1_ 
> 
class ntuple< 
constant<T0_, value0_>, 
T1_ 
> { 
public: 
static const int n=2; 
typedef T0_ T0; 
typedef T1_ T1; 
static const bool is_static = false; 
static const bool is_static0 = true; 
static const bool is_static1 = false; 
static const T0_ i0 = value0_; 
T1_ i1; 
}; 

template< 
typename T0_, T0_ value0_, 
typename T1_ 
> const T0_ ntuple< 
constant<T0_, value0_>, 
T1_ >::i0; 

template< 
typename T0_, T0_ value0_, 
typename T1_, T1_ value1_ 
> 
class ntuple< 
constant<T0_, value0_>, 
constant<T1_, value1_> 
> { 
public: 
static const int n=2; 
typedef T0_ T0; 
typedef T1_ T1; 
static const bool is_static = true; 
static const bool is_static0 = true; 
static const bool is_static1 = true; 
static const T0_ i0 = value0_; 
static const T1_ i1 = value1_; 
}; 

template< 
typename T0_, T0_ value0_, 
typename T1_, T1_ value1_ 
> const T0_ ntuple< 
constant<T0_, value0_>, 
constant<T1_, value1_> >::i0; 

template< 
typename T0_, T0_ value0_, 
typename T1_, T1_ value1_ 
> const T1_ ntuple< 
constant<T0_, value0_>, 
constant<T1_, value1_> >::i1; 

このようにメンバを定数としてタグ付けすると、。>はクラスメンバとして格納されないため、オブジェクトのサイズが小さくなります。 N = 1,2,3,4の場合は2^N、N = 2までしか報告しません。すべてを生成するための簡単なスクリプトを作成しました。クラスは次のように使用できます

ntuple<int, int, bool> tup1; 
tup1.i0=2; 
tup1.i1=0; 
tup1.i2=true; 
assert (tup1.i0==2); 
assert (tup1.i1==0); 
assert (tup1.i2==true); 

ntuple<int, constant<int, 3>, constant<bool, false> > tup2; 
tup2.i0=2; 
// tup2.i1=0; // cannot be assigned, is static a constant 
// tup2.i2=true; // cannot be assigned, is static a constant 
assert (tup2.i0==2); 
assert (tup2.i1==3); 
assert (tup2.i2==false); 

assert (sizeof(tup1)>sizeof(tup2)); 

このクラスは完全に機能します。

ntuple<int, int_<3>, bool_<true> > 

代わりの

INT_とbool_が

template<int i> struct int_ : constant<int, i> {}; 
template<bool b> struct bool_ : constant<bool, b> {}; 

または私でしとして定義することができる

ntuple<int, constant<int, 3>, constant<bool, true> > 

を次のように今、私はntuplesの宣言 構文を改善したいと思いますboost :: mplアナログを代わりに使用してください。これはポイントではありません。これを実現するには、別のスクリプトを記述し、定数テンプレートパラメータがint_、bool_、char_などの定数および非定数テンプレートパラメータのすべての置換に対してすべての特殊化を生成することです。これは実現可能ですが費用はかかります部分的専門化の数を階乗的に増加させる。

template<typename T0_, 
typename T1_, 
typename T2_, 
typename T3_> class ntuple<T0_,T1_,T2_,T3_,false,false,false,false> { ... }; 

template<typename T0_, 
typename T1_, 
typename T2_, 
typename T3_> class ntuple<T0_,T1_,T2_,T3_,true,false,false,false> { ... }; 

などを次のように

template <class T> is_const { static const bool value = false; }; 
template <int i> is_const<int_<i> > { static const bool value = true; }; 
template <bool b> is_const<bool_<b> > { static const bool value = true; }; 

と

template<typename T0_ = void, 
typename T1_ = void, 
typename T2_ = void, 
typename T3_ = void, 
bool const0 = is_const<T0_>::value, 
bool const1 = is_const<T1_>::value, 
bool const2 = is_const<T2_>::value, 
bool const3 = is_const<T3_>::value 
> class ntuple; 

とはntupleを専門と次のように私はntupleクラスの定義を変更することを考えていた。これは、部分の数を減らすことができます前と同じ数の特殊化を行い、それぞれの有効な「定数」型の特性クラスを特化する必要があります。問題は、余分なテンプレートパラメータを避けたいということです。私は

が、その後

template <class T0, class T1, class T2, class T3> 
class ntuple : ntuple_impl<T0, T1, T2, T3, 
       is_const<T0>::value, 
       is_const<T1>::value, 
       is_const<T2>::value, 
       is_const<T3>::value> { ... }; 

上記のように特化し、補助クラス

template<typename T0_ = void, 
typename T1_ = void, 
typename T2_ = void, 
typename T3_ = void, 
bool const0 = is_const<T0_>::value, 
bool const1 = is_const<T1_>::value, 
bool const2 = is_const<T2_>::value, 
bool const3 = is_const<T3_>::value 
> class ntuple_impl; 

を定義し、継承することによって、これを行うことができますが、私は結果のオブジェクトは、いくつかのケースでは必要以上に大きくなることから、継承を避けたいですそれはサブオブジェクトとしてntuple_implを含むからです。私はこの問題の別の解決策があるかどうかを知っています。ありがとう。 Giuliano

Answer 1

この質問は1年以上経っていますが、適切な回答が必要です。

Xeoの考えに従えば、あなたはもっと簡単なやり方であなたが望むものを正確に行うことができます。 ここでは、純粋なC++ 03が必要だと思います。

まず、

struct _; 

宣言はまた、タイプが静的定数として解釈されるべきプレースホルダとして単に使用するタイプを宣言します。

template<typename T, T> 
struct constant; 

上記のいずれにも定義する必要はありません。

次のステップは、タプルの要素、つまり実際にデータを保持する型を表す型を定義することです。

template<typename T> 
struct element 
{ 
    typedef T type; 
    type value; 
}; 

template<> 
struct element<_>; 

キーポイントは、あなたが引用int_とbool_のように、constantおよび他のどのタイプのあなたが欲しいのためelementを特化することです。

template<typename T, T val> 
struct element<constant<T, val> > 
{ 
    typedef T const type; 
    static type value = val; 
}; 

template<typename T, T val> 
typename element<constant<T, val> >::type element<constant<T, val> >::value; 

この時点から、ntupleを定義するのは簡単です。

template<typename T0_ = _, typename T1_ = _, typename T2_ = _, typename T3_ = _> 
struct ntuple : element<T0_>, ntuple<T1_, T2_, T3_, _> 
{ 
    typedef element<T0_> head; 
    typedef ntuple<T1_, T2_, T3_, _> tail; 
}; 

//nil 
template<> 
struct ntuple<_, _, _, _> 
{}; 

はntupleによって格納されたメタデータにアクセスするには、1は1つがカウントする機能get_value

template<bool cond, typename T> 
struct enable_if 
{ 
}; 

template<typename T> 
struct enable_if<true, T> 
{ 
    typedef T type; 
}; 

template<std::size_t n, typename T0, typename T1, typename T2, typename T3> 
typename enable_if<n, typename get_type<n, ntuple<T0, T1, T2, T3> >::type&>::type 
get_value(ntuple<T0, T1, T2, T3>& tuple) 
{ 
    return get_value<n-1>(static_cast<typename ntuple<T0, T1, T2, T3>::tail&>(tuple)); 
} 

template<std::size_t n, typename T0, typename T1, typename T2, typename T3> 
typename enable_if<!n, typename ntuple<T0, T1, T2, T3>::head::type&>::type 
get_value(ntuple<T0, T1, T2, T3>& tuple) 
{ 
    return static_cast<typename ntuple<T0, T1, T2, T3>::head&>(tuple).value; 
} 

template<std::size_t n, typename T0, typename T1, typename T2, typename T3> 
typename enable_if<n, typename get_type<n, ntuple<T0, T1, T2, T3> >::type const&>::type 
get_value(ntuple<T0, T1, T2, T3> const& tuple) 
{ 
    return get_value<n-1>(static_cast<typename ntuple<T0, T1, T2, T3>::tail const&>(tuple)); 
} 

template<std::size_t n, typename T0, typename T1, typename T2, typename T3> 
typename enable_if<!n, typename ntuple<T0, T1, T2, T3>::head::type const&>::type 
get_value(ntuple<T0, T1, T2, T3> const& tuple) 
{ 
    return static_cast<typename ntuple<T0, T1, T2, T3>::head const&>(tuple).value; 
} 

を使用して、実行時のデータにアクセスするために、get_type

template<std::size_t n, typename T> 
struct get_type; 

template<std::size_t n, typename T0, typename T1, typename T2, typename T3> 
struct get_type<n, ntuple<T0, T1, T2, T3> > : get_type<n-1, typename ntuple<T0, T1, T2, T3>::tail> 
{}; 

template<typename T0, typename T1, typename T2, typename T3> 
struct get_type<0, ntuple<T0, T1, T2, T3> > 
{ 
    typedef typename ntuple<T0, T1, T2, T3>::head::type type; 
}; 

同様にメタ関数を使用していますタプルに格納されている要素の数には、get_size

という関数があります

template<std::size_t n, typename T> 
struct get_size_impl; 

template<std::size_t n, typename T0, typename T1, typename T2, typename T3> 
struct get_size_impl<n, ntuple<T0, T1, T2, T3> > : 
     get_size_impl<n+1, typename ntuple<T0, T1, T2, T3>::tail> 
{ 
}; 

template<std::size_t n> 
struct get_size_impl<n, ntuple<_, _, _, _> > 
{ 
    static std::size_t const value = n; 
}; 

template<std::size_t n> 
std::size_t const get_size_impl<n, ntuple<_, _, _, _> >::value; 

template<typename T0, typename T1, typename T2, typename T3> 
std::size_t get_size(ntuple<T0, T1, T2, T3> const&) 
{ 
    return get_size_impl<0, ntuple<T0, T1, T2, T3> >::value; 
} 

最後に印刷目的のためにoperator <<の過負荷

template<typename Char, typename CharTraits, typename T0, typename T1, typename T2, typename T3> 
void print_element(std::basic_ostream<Char, CharTraits>& ostream, ntuple<T0, T1, T2, T3> const& tuple) 
{ 
    ostream << static_cast<typename ntuple<T0, T1, T2, T3>::head const&>(tuple).value; 
    if(get_size(tuple) > 1) 
     ostream << std::basic_string<Char, CharTraits>(", "); 

    print_element(ostream, static_cast<typename ntuple<T0, T1, T2, T3>::tail const&>(tuple)); 
} 

template<typename Char, typename CharTraits> 
void print_element(std::basic_ostream<Char, CharTraits>& ostream, ntuple<_, _, _, _> const&) 
{ 

} 

template<typename Char, typename CharTraits, typename T0, typename T1, typename T2, typename T3> 
std::basic_ostream<Char, CharTraits>& operator <<(std::basic_ostream<Char, CharTraits>& ostream, ntuple<T0, T1, T2, T3> const& tuple) 
{ 
    ostream << Char('<'); 
    print_element(ostream, tuple); 
    ostream << Char('>'); 
} 

には、以下のユースケースは、ntuplesの使用法を示し、それが明確な目標と最適化が達成されていることを確認します。

int main() 
{ 
    ntuple<char, int, long> a; 
    ntuple<constant<char, '8'>, int, constant<long, 888> > b; 
    ntuple<constant<char, '9'>, constant<int, 99>, constant<long, 999> > c; 

    assert(sizeof(a) > sizeof(b)); 
    assert(sizeof(b) > sizeof(c)); 

    get_value<0>(a) = '1'; 
    get_value<1>(a) = 10; 
    get_value<2>(a) = 100; 
// get_value<0>(b) = '2'; //assignment of read-only location 
    get_value<1>(b) = 20; 
// get_value<2>(b) = 200; //assignment of read-only location 
// get_value<0>(c) = '3'; //assignment of read-only location 
// get_value<1>(c) = 30;  //assignment of read-only location 
// get_value<2>(c) = 300; //assignment of read-only location 

    std::cout << std::endl; 
    std::cout << "a = " << a << ", length: " << get_size(a) << ", size in bytes: " << sizeof(a) << std::endl; 
    std::cout << "b = " << b << ", length: " << get_size(b) << ", size in bytes: " << sizeof(b) << std::endl; 
    std::cout << "c = " << c << ", length: " << get_size(c) << ", size in bytes: " << sizeof(c) << std::endl; 
} 

この単純なケースでは、最大4つの要素を持つntuplesについて説明します。必要な数の要素に拡張するのは簡単です（また使用するコンパイラによってサポートされています）。実際、このアプローチを使用してコードを生成するためのスクリプトは必要ありません。