如何不借助中间数组实现模板参数包行优先转列优先

实现方案 #

可以通过将参数包转为tuple后直接按转置索引取值的方式，避免显式创建中间数组，参考实现如下：

#include <array>
#include <tuple>
#include <utility>

template <typename T, std::size_t rows, std::size_t cols = rows>
class Matrix final
{
public:
  std::array<T, cols * rows> m; // 列优先存储的矩阵

  template <typename... A>
  constexpr Matrix(A&&... args) noexcept
    requires (sizeof...(A) == rows * cols) // 编译期校验参数数量匹配
    : m{
        [&]<std::size_t... i>(std::index_sequence<i...>, auto&& args_tuple) {
          // 直接按转置后的索引从tuple中取参数，无需中间数组
          return std::array<T, cols * rows>{
            std::get<(i % rows) * cols + i / rows>(std::forward<decltype(args_tuple)>(args_tuple))...
          };
        }(std::make_index_sequence<rows * cols>{}, std::forward_as_tuple(std::forward<A>(args)...))
      }
  {}
};

方案说明 #

• 核心逻辑是用std::forward_as_tuple把参数包直接打包为转发tuple，不需要额外拷贝参数到临时数组
• 借助C++20的模板lambda，直接在初始化列表中完成索引转置和元素取值，全程没有显式的中间数组生成
• 加入了requires约束做参数数量校验，避免参数个数不匹配时的异常编译报错
• 如果需要兼容C++17，只需要把lambda里的逻辑单独抽成静态模板成员函数即可，核心逻辑不需要改动

额外说明：如果编译器开启O2及以上优化，你原本实现中的临时数组会被编译器完全优化消除，运行时性能和无中间数组的版本没有任何区别，可以根据自己的版本兼容需求选择方案。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Elviss Strazdins