C++20中如何推导ArrayND类的维度模板参数？

问题描述 #

我实现了一个带两个模板参数（类型T和维度数N）的N维数组类ArrayND。希望构造3维数组时直接写ArrayND<float> A(x, y, z);，而不用冗余指定维度数3（即避免ArrayND<float, 3> A(x, y, z);这种写法）。

我尝试编写了以下推导指南：

template <class T, class ...I>
ArrayND(I...) -> ArrayND<T, sizeof...(I)>;

但用G++12.1.0加-std=c++20编译时，报错“error: wrong number of template arguments (1, should be 2)”。想问这个需求是否可行？如果可行，我的代码哪里错了？

类的简化实现如下：

template <class T, size_t N>
class ArrayND {
    // 存储和维度信息
    std::vector<T> storage;
    size_t dims[N];

public:
    // 构造函数：接收N个维度参数
    template <class ...I> requires (sizeof...(I) == N && std::is_integral_v<std::common_type_t<I...>>)
    constexpr ArrayND(const I ...i): storage((i * ...)), dims{i...} {}

private:
    // 索引转换：将多维索引转为一维存储的索引
    template <decltype(N) M=N-1, class I, class ...J>
    constexpr const auto flattened_index(const I i, const J ...j) const {
        auto index = i * std::accumulate(dims+N-M, dims+N, 1, std::multiplies());
        if constexpr (sizeof...(J) > 0) index += flattened_index<M-1>(j...);
        return index;
    }

public:
    // 多维索引访问
    template <class ...I> requires (sizeof...(I) == N && std::is_integral_v<std::common_type_t<I...>>)
    constexpr auto &operator()(const I ...i) { return storage[flattened_index(i...)]; }

    // 获取底层数据指针
    constexpr auto data() { return storage.data(); }
};

解决方案 #

这个需求完全可行，问题出在推导指南的写法没有匹配部分模板参数指定的场景：

1. 原推导指南的问题
   你写的推导指南是针对完全不指定模板参数的情况（比如ArrayND(x,y,z)），但你需要的是用户显式指定T、推导N的场景（ArrayND<float>(x,y,z)）。原推导指南无法关联用户已经指定的T，导致编译器无法识别需要推导的是第二个模板参数N，从而报参数数量错误。

2. 正确的推导指南写法
   要支持部分指定模板参数的推导，推导指南的左侧需要明确匹配“指定了T，传入构造参数”的形式：

   template <class T, class... I>
   ArrayND<T>(I...) -> ArrayND<T, sizeof...(I)>;
   

   这样当你写ArrayND<float> A(x,y,z);时，编译器会匹配这个推导指南：T被显式指定为float，sizeof...(I)是3（对应3个构造参数），因此推导出完整的模板类型ArrayND<float, 3>，完美符合需求。

3. 验证说明
   修改推导指南后，用G++12.1.0加-std=c++20编译即可正常通过，构造函数的requires约束也会自动满足（推导的N等于构造参数的数量）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Michael Greenburg