如何用带索引的生成函数初始化std::array（支持非默认可构造类型）

C++11/14 兼容方案 #

我们可以借助编译时整数序列生成0到N-1的索引，通过参数包展开调用foo(i)，直接完成std::array的聚合初始化，全程不需要T支持默认构造：

#include <array>
#include <utility> // 用于 std::index_sequence、std::make_index_sequence

// 辅助函数：接收索引序列，展开构造array
template <typename T, size_t... Indices>
constexpr std::array<T, sizeof...(Indices)> build_foo_array(std::index_sequence<Indices...>) {
    return {{foo(Indices)...}}; // 逐个用 foo(Indices) 初始化array元素
}

// 对外接口：指定T和N，生成对应array
template <typename T, size_t N>
constexpr std::array<T, N> make_foo_array() {
    return build_foo_array<T>(std::make_index_sequence<N>{});
}

使用方式：

auto arr = make_foo_array<T, N>();

C++20 简化方案 #

利用C++20的模板lambda，可以把辅助逻辑内联，代码更紧凑：

#include <array>
#include <utility>

template <typename T, size_t N>
constexpr std::array<T, N> make_foo_array() {
    return []<size_t... Is>(std::index_sequence<Is...>) {
        return std::array<T, N>{{foo(Is)...}};
    }(std::make_index_sequence<N>{});
}

核心原理说明 #

• std::make_index_sequence<N>会在编译时生成包含0,1,...,N-1的整数序列，确保每个索引都是编译期常量。
• 参数包展开foo(Is)...会逐个调用foo(0)、foo(1)……foo(N-1)，将返回值直接作为std::array的初始化元素。
• 整个std::array通过聚合初始化完成构造，没有先默认初始化再赋值的过程，因此完全兼容不支持默认构造的T类型。

如果foo是constexpr函数，make_foo_array也可以保持constexpr，实现编译期构造std::array。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者einpoklum