在編譯時使用Constexpr填充數組

Question

我想使用constexpr填充枚舉數組。 數組的內容遵循一定的模式。

我有一個枚舉分隔ASCII字符集爲四個類別。

enum Type { 
    Alphabet, 
    Number, 
    Symbol, 
    Other, 
}; 

constexpr Type table[128] = /* blah blah */; 

我想擁有128 Type的數組。他們可以在一個結構中。 該數組的索引將對應於ASCII字符，值將是每個字符的Type。

所以我可以查詢這個數組來找出一個ASCII字符屬於哪個類別。喜歡的東西

char c = RandomFunction(); 
if (table[c] == Alphabet) 
    DoSomething(); 

我想知道這是否可能沒有一些冗長的宏觀黑客。

目前，我通過執行以下操作來初始化表。

constexpr bool IsAlphabet (char c) { 
    return ((c >= 0x41 && c <= 0x5A) || 
      (c >= 0x61 && c <= 0x7A)); 
} 

constexpr bool IsNumber (char c) { /* blah blah */ } 

constexpr bool IsSymbol (char c) { /* blah blah */ } 

constexpr Type whichCategory (char c) { /* blah blah */ } 

constexpr Type table[128] = { INITIALIZE }; 

其中INITIALIZE是一些非常冗長的宏攻擊的入口點。 喜歡的東西

#define INITIALIZE INIT(0) 
#define INIT(N) INIT_##N 
#define INIT_0 whichCategory(0), INIT_1 
#define INIT_1 whichCategory(1), INIT_2 
//... 
#define INIT_127 whichCategory(127) 

我想一個辦法來填充這個數組或含而不需要這個宏黑客的陣列結構...

也許像

struct Table { 
    Type _[128]; 
}; 

constexpr Table table = MagicFunction(); 

所以，問題是如何寫這個MagicFunction？

注：我知道cctype和喜歡，這個問題更是一個Is this possible?而不是Is this the best way to do it?。

任何幫助，將不勝感激。

感謝，

Answer 1

忽略ALL問題，indices救援：

template<unsigned... Is> struct seq{}; 
template<unsigned N, unsigned... Is> 
struct gen_seq : gen_seq<N-1, N-1, Is...>{}; 
template<unsigned... Is> 
struct gen_seq<0, Is...> : seq<Is...>{}; 

template<unsigned... Is> 
constexpr Table MagicFunction(seq<Is...>){ 
    return {{ whichCategory(Is)... }}; 
} 

constexpr Table MagicFunction(){ 
    return MagicFunction(gen_seq<128>{}); 
} 

Live example.

Answer 2

恕我直言，這樣做的最好的方法就是寫一個很小的安裝程序，將爲你生成table。然後，您可以丟棄安裝程序，也可以將其與生成的源代碼一起檢查。

這個問題的棘手的部分只是這一等一式兩份：Is it possible to create and initialize an array of values using template metaprogramming?

的訣竅是，這是不可能寫出這樣

Type table[256] = some_expression(); 

在文件範圍內任何東西，因爲全球陣列可僅使用文字（源級別）初始化程序列表進行初始化。你不能用constexpr函數初始化一個全局數組，即使你能以某種方式得到該函數返回std::initializer_list，你不能這樣做，因爲它的構造函數沒有被聲明爲constexpr。

因此，您需要做的是讓編譯器爲您生成數組，使其成爲模板類的static const數據成員。後元編程的一個或兩個級別，我是太糊塗寫出來的，你會在一條線上走出低谷，看起來像

template <int... Indices> 
Type DummyStruct<Indices...>::table[] = { whichCategory(Indices)... }; 

其中Indices是一個參數包，看起來像0,1,2,... 254,255。您可以使用遞歸輔助模板構建該參數包，也可以僅使用Boost中的某些內容。然後，你可以寫

constexpr Type (&table)[] = IndexHelperTemplate<256>::table; 

...但是，爲什麼你會做的一切，當表只有256個條目，將永遠不會，除非ASCII本身的變化而變化？正確的方法是最簡單的方法：預先計算所有256個條目並明確寫出表格，沒有模板，constexpr或任何其他魔術。

Answer 3

的方式做到這一點在C++ 14個看起來像這樣：

#include <array> 

enum Type { 
    Alphabet, 
    Number, 
    Symbol, 
    Other, 
}; 

constexpr ::std::array<Type, 128> MagicFunction() 
{ 
    using result_t = ::std::array<Type, 128>; 
    result_t result = {Other}; 
    const result_t &fake_const_result = result; 
    const_cast<result_t::reference>(fake_const_result[65]) = Alphabet; 
    //.... 
    return result; 
} 

const ::std::array<Type, 128> table = MagicFunction(); 

無巧模板兩輪牛車所需要的任何時間。雖然，因爲C++ 14並沒有真正地對標準庫中的內容進行全面檢查，所以必須使用涉及const_cast的可怕黑客攻擊。

而且，當然，MagicFunction最好不要修改任何全局變量或者違反constexpr規則。但是現在這些規則很自由。例如，你可以修改你想要的所有局部變量，雖然通過引用來傳遞它們，或者考慮到它們的地址可能無法很好地工作。

請參閱我對C++ 17的其他答案，它允許您刪除一些醜陋的外觀黑客。

Answer 4

在C++中17 ::std::array已更新爲更友好，您可以像C++ 14中那樣執行相同操作，但沒有一些可怕的黑客來解決關鍵位置缺少constexpr的問題。下面是代碼會是什麼樣子有：

#include <array> 

enum Type { 
    Alphabet, 
    Number, 
    Symbol, 
    Other, 
}; 

constexpr ::std::array<Type, 128> MagicFunction() 
{ 
    using result_t = ::std::array<Type, 128>; 
    result_t result = {Other}; 
    result[65] = Alphabet; 
    //.... 
    return result; 
} 

const ::std::array<Type, 128> table = MagicFunction(); 

再次MagicFunction仍然需要服從相當鬆散constexpr規則。主要地，它可能不會修改任何全局變量或使用new（這意味着修改全局狀態，即堆）或其他類似的東西。