如何实现对元素相加结果不可默认构造的两个std::array求和？

问题描述 #

常规的std::array求和函数在处理非默认构造类型时会失效，因为原实现依赖默认构造std::array后逐个赋值，而非默认构造类型无法完成默认初始化：

template<class T, std::size_t N>
auto sum(const std::array<T, N>& a, const std::array<T, N>& b)
{
    std::array< decltype(a[0] + b[0]), N> result; // 非默认构造类型无法默认初始化
    for (std::size_t i = 0; i < N; ++i)
    {
        result[i] = a[i] + b[i];
    }
    return result;
} 

需求要点：

• 直接构造并初始化目标std::array，规避默认构造步骤
• 仅依赖C++标准库，不使用std::vector（避免不必要的拷贝开销）
• 希望利用std::index_sequence解决递归模板无法完成的问题

解决方案：编译期索引序列初始化 #

利用std::index_sequence生成编译期索引，通过辅助函数直接展开初始化列表构造std::array，完全绕开默认构造环节。

完整实现 #

#include <array>
#include <utility>

// 辅助函数：接收编译期索引序列，展开每个位置的求和操作
template<class T, std::size_t N, std::size_t... Is>
auto sum_impl(const std::array<T, N>& a, const std::array<T, N>& b, std::index_sequence<Is...>)
{
    using ResultType = decltype(a[0] + b[0]);
    return std::array<ResultType, N>{a[Is] + b[Is]...};
}

// 对外接口：生成对应长度的索引序列并转发给辅助函数
template<class T, std::size_t N>
auto sum(const std::array<T, N>& a, const std::array<T, N>& b)
{
    return sum_impl(a, b, std::make_index_sequence<N>{});
}

工作原理 #

1. std::make_index_sequence<N>会生成包含0, 1, ..., N-1的编译期索引序列，类型为std::index_sequence<0, 1, ..., N-1>
2. 辅助函数sum_impl通过参数包展开Is...，将每个索引对应的a[Is] + b[Is]作为std::array的初始化元素
3. 这种方式直接通过初始化列表构造std::array，不需要默认构造元素，完美适配非默认构造的结果类型

可选扩展：重载operator+ #

如果需要用+运算符直接对两个std::array求和，可补充以下实现：

template<class T, std::size_t N>
auto operator+(const std::array<T, N>& a, const std::array<T, N>& b)
{
    return sum(a, b);
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者alxbilger