C++23是否原生支持可复用多维索引对象？mdspan能否实现？

核心结论 #

C++23标准库并未原生提供可直接复用的多维索引对象，但通过自定义索引结构体+重载operator[]，无论是使用mdspan还是原生嵌套std::array，都能轻松实现你需要的a[idx]、b[idx]式访问。

方案1：配合mdspan实现 #

mdspan本身不自带预定义的多维索引类型，但可以通过重载mdspan的operator[]来支持自定义索引对象：

#include <mdspan>
#include <array>

// 自定义多维索引结构体
struct Index {
    size_t i, j, k;
};

// 给mdspan重载operator[]，接受Index参数
template<class T, class Extents, class Layout, class Accessor>
auto& operator[](std::mdspan<T, Extents, Layout, Accessor> span, const Index& idx) {
    return span[idx.i, idx.j, idx.k];
}

// const版本重载，支持只读访问
template<class T, class Extents, class Layout, class Accessor>
const auto& operator[](const std::mdspan<T, Extents, Layout, Accessor> span, const Index& idx) {
    return span[idx.i, idx.j, idx.k];
}

// 使用示例
int main() {
    constexpr size_t N = 10, M = 10, L = 10;
    std::array<std::array<std::array<int, L>, M>, N> a{};
    std::array<std::array<std::array<double, L>, M>, N> b{};

    // 用mdspan包装原生数组
    auto a_span = std::mdspan(a.data(), N, M, L);
    auto b_span = std::mdspan(b.data(), N, M, L);

    Index idx{3, 5, 2};
    a_span[idx] = 42;
    b_span[idx] = 3.14;

    doSomething(a_span[idx], b_span[idx]);
}

方案2：直接给嵌套std::array重载operator[] #

如果不想引入mdspan，直接给三层嵌套的std::array重载operator[]即可：

#include <array>

struct Index {
    size_t i, j, k;
};

// 非const版本，支持读写
template<size_t N, size_t M, size_t L, class T>
auto& operator[](std::array<std::array<std::array<T, L>, M>, N>& arr, const Index& idx) {
    return arr[idx.i][idx.j][idx.k];
}

// const版本，支持只读
template<size_t N, size_t M, size_t L, class T>
const auto& operator[](const std::array<std::array<std::array<T, L>, M>, N>& arr, const Index& idx) {
    return arr[idx.i][idx.j][idx.k];
}

// 使用示例
int main() {
    constexpr size_t N = 10, M = 10, L = 10;
    std::array<std::array<std::array<int, L>, M>, N> a{};
    std::array<std::array<std::array<double, L>, M>, N> b{};

    Index idx{3, 5, 2};
    a[idx] = 42;
    b[idx] = 3.14;

    doSomething(a[idx], b[idx]);
}

补充说明 #

这两种方案的实现成本极低，代码简洁且符合C++23的语法规范，完全满足你复用多维索引、同时保持数组连续存储的需求。不需要依赖额外库，仅用标准库特性即可完成。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user122049