Question

这是一个难题而不是现实世界的问题，但我已经陷入了一种情况，我希望能够写出与行为完全相同的东西

template<int N>
struct SortMyElements {
    int data[N];

    template<typename... TT>
    SortMyElements(TT... tt) : data{ tt... }
    {
        std::sort(data, data+N);
    }
};

int main() {
    SortMyElements<5> se(1,4,2,5,3);
    int se_reference[5] = {1,2,3,4,5};
    assert(memcmp(se.data, se_reference, sizeof se.data) == 0);
}

除了我希望SortMyElements构造函数为 constexpr 。

显然这对于固定的N是可能的;例如，我可以专攻

template<>
struct SortMyElements<1> {
    int data[1];
    constexpr SortMyElements(int x) : data{ x } {}
};


template<>
struct SortMyElements<2> {
    int data[2];
    constexpr SortMyElements(int x, int y) : data{ x>y?y:x, x>y?x:y } {}
};

但是，如何将其概括为适用于任何 N的内容？

请注意，数组元素必须来自参数的实际值，而不是模板非类型参数;我的元素来自constexpr表达式，尽管在编译时进行了评估，但它们完全驻留在“价值系统”中，而不是“类型系统”。（例如，Boost.MPL's sort严格适用于“类型系统”。）

我发布了一个有效的“答案”，但是效率低N > 6。我想在2 < N < 50左右使用它。

（PS-实际上我真正喜欢的是将数组中的所有零点混合到数组的末尾并将非零值包装到前面，这可能比完全排序更容易;但是我数字排序更容易描述。随意解决“shuffle零”问题而不是排序。）

Answer 1

它很丑陋，可能不是排序常量表达式的最佳方法（因为需要实例化深度）..但是voilà，合并排序：

Helper类型，带有constexpr元素访问权限的可返回数组类型：

#include <cstddef>
#include <iterator>
#include <type_traits>

template<class T, std::size_t N>
struct c_array
{
    T arr[N];

    constexpr T const& operator[](std::size_t p) const
    { return arr[p]; }

    constexpr T const* begin() const
    { return arr+0; }
    constexpr T const* end() const
    { return arr+N; }
};

template<class T>
struct c_array<T, 0> {};

该数组类型的

append函数：

template<std::size_t... Is>
struct seq {};

template<std::size_t N, std::size_t... Is>
struct gen_seq : gen_seq<N-1, N-1, Is...> {};

template<std::size_t... Is>
struct gen_seq<0, Is...> : seq<Is...> {};

template<class T, std::size_t N, class U, std::size_t... Is>
constexpr c_array<T, N+1> append_impl(c_array<T, N> const& p, U const& e,
                                      seq<Is...>)
{
    return {{p[Is]..., e}};
}
template<class T, std::size_t N, class U>
constexpr c_array<T, N+1> append(c_array<T, N> const& p, U const& e)
{
    return append_impl(p, e, gen_seq<N>{});
}

合并排序：

template<std::size_t Res, class T, class It, std::size_t Accum,
         class = typename std::enable_if<Res!=Accum, void>::type >
constexpr c_array<T, Res> c_merge(It beg0, It end0, It beg1, It end1,
                                  c_array<T, Accum> const& accum)
{
    return
beg0 == end0  ? c_merge<Res>(beg0  , end0, beg1+1, end1, append(accum, *beg1)) :
beg1 == end1  ? c_merge<Res>(beg0+1, end0, beg1  , end1, append(accum, *beg0)) :
*beg0 < *beg1 ? c_merge<Res>(beg0+1, end0, beg1  , end1, append(accum, *beg0))
              : c_merge<Res>(beg0  , end0, beg1+1, end1, append(accum, *beg1));
}
template<std::size_t Res, class T, class It, class... Dummies>
constexpr c_array<T, Res> c_merge(It beg0, It end0, It beg1, It end1,
                                  c_array<T, Res> const& accum, Dummies...)
{
    return accum;
}

template<class T, std::size_t L, std::size_t R>
constexpr c_array<T, L+R> c_merge(c_array<T, L> const& l,
                                  c_array<T, R> const& r)
{
    return c_merge<L+R>(l.begin(), l.end(), r.begin(), r.end(),
                        c_array<T, 0>{});
}


template<class T>
using rem_ref = typename std::remove_reference<T>::type;

template<std::size_t dist>
struct helper
{
    template < class It >
    static constexpr auto merge_sort(It beg, It end)
    -> c_array<rem_ref<decltype(*beg)>, dist>
    {
        return c_merge(helper<dist/2>::merge_sort(beg, beg+dist/2),
                       helper<dist-dist/2>::merge_sort(beg+dist/2, end));
    }
};
template<>
struct helper<0>
{
    template < class It >
    static constexpr auto merge_sort(It beg, It end)
    -> c_array<rem_ref<decltype(*beg)>, 0>
    {
        return {};
    }
};
template<>
struct helper<1>
{   
    template < class It >
    static constexpr auto merge_sort(It beg, It end)
    -> c_array<rem_ref<decltype(*beg)>, 1>
    {
        return {*beg};
    }
};

template < std::size_t dist, class It >
constexpr auto merge_sort(It beg, It end)
-> c_array<rem_ref<decltype(*beg)>, dist>
{
    return helper<dist>::merge_sort(beg, end);
}

帮助使用示例：

template<class T, std::size_t N>
constexpr std::size_t array_size(T (&arr)[N])  {  return N;  }

template<class T, std::size_t N>
constexpr T* c_begin(T (&arr)[N])  {  return arr;  }

template<class T, std::size_t N>
constexpr T* c_end(T (&arr)[N])  {  return arr+N;  }

用法示例：

constexpr int unsorted[] = {5,7,3,4,1,8,2,9,0,6,10}; // odd number of elements
constexpr auto sorted = merge_sort<array_size(unsorted)>(c_begin(unsorted),
                                                         c_end(unsorted));

#include <iostream>
int main()
{
    std::cout << "unsorted: ";
    for(auto const& e : unsorted) std::cout << e << ", ";
    std::cout << '\n';

    std::cout << "sorted: ";
    for(auto const& e : sorted) std::cout << e << ", ";
    std::cout << '\n';
}

输出：

unsorted: 5, 7, 3, 4, 1, 8, 2, 9, 0, 6, 10, 
sorted: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,

Answer 2

我知道这是一个老问题，但是因为我们有C ++ 14（很快就会推出C ++ 17），而且因为C ++ 14 constexpr规则并没有受到如此限制，而且，当然，还有几个人会在谷歌找到你的问题，这里是自C ++ 14以来如何快速排序（当然还有其他算法）。（对于constexpr数组的@dyp来说很重要）

#include <utility>
#include <cstdlib>

template<class T>
constexpr void swap(T& l, T& r)
{
    T tmp = std::move(l);
    l = std::move(r);
    r = std::move(tmp);
}

template <typename T, size_t N>
struct array
{
    constexpr T& operator[](size_t i)
    {
        return arr[i];
    }

    constexpr const T& operator[](size_t i) const
    {
        return arr[i];
    }

    constexpr const T* begin() const
    {
        return arr;
    }
    constexpr const T* end() const
    {
        return arr + N;
    }

    T arr[N];
};

template <typename T, size_t N>
constexpr void sort_impl(array<T, N> &array, size_t left, size_t right)
{
    if (left < right)
    {
        size_t m = left;

        for (size_t i = left + 1; i<right; i++)
            if (array[i]<array[left])
                swap(array[++m], array[i]);

        swap(array[left], array[m]);

        sort_impl(array, left, m);
        sort_impl(array, m + 1, right);
    }
}

template <typename T, size_t N>
constexpr array<T, N> sort(array<T, N> array)
{
    auto sorted = array;
    sort_impl(sorted, 0, N);
    return sorted;
}

constexpr array<int, 11> unsorted{5,7,3,4,1,8,2,9,0,6,10}; // odd number of elements
constexpr auto sorted = sort(unsorted);

#include <iostream>
int main()
{
    std::cout << "unsorted: ";
    for(auto const& e : unsorted) 
      std::cout << e << ", ";
    std::cout << '\n';

    std::cout << "sorted: ";
    for(auto const& e : sorted) 
      std::cout << e << ", ";
    std::cout << '\n';
}

LIVE DEMO

Answer 3

好吧，我的编译效率很低，至少在OSX上使用Clang。这是代码。

然而，尽管五个元素的速度相当快，但在我的笔记本电脑上，对六个元素进行排序需要0.5秒，对七个元素进行排序需要7秒。（灾难性地改变性能，取决于项目是否几乎排序或反向排序。）我甚至没有尝试计时八。显然，这并不适合我想用它做的事情。（我会说50个元素是我设计用例的合理上限，但是6个是非常小的。）

#include <cstring>
#include <cassert>

template<int...>
struct IntHolder {};

// Now let's make a consecutive range of ints from [A to B).
template<int A, int B, int... Accum>
struct IntRange_ : IntRange_<A+1, B, Accum..., A> {};

template<int A, int... Accum>
struct IntRange_<A, A, Accum...> {
    using type = IntHolder<Accum...>;
};

template<int A, int B>
using IntRange = typename IntRange_<A,B>::type;

// And a helper function to do what std::min should be doing for us.
template<typename... TT> constexpr int min(TT...);
constexpr int min(int i) { return i; }
template<typename... TT> constexpr int min(int i, TT... tt) { return i < min(tt...) ? i : min(tt...); }

template<int N>
struct SortMyElements {
    int data[N];

    template<int... II, typename... TT>
    constexpr SortMyElements(IntHolder<II...> ii, int minval, int a, TT... tt) : data{
        ( a==minval ? a : SortMyElements<N>(ii, minval, tt..., a).data[0] ),
        ( a==minval ? SortMyElements<N-1>(tt...).data[II] : SortMyElements<N>(ii, minval, tt..., a).data[II+1] )...
    } {}

    template<typename... TT>
    constexpr SortMyElements(TT... tt) : SortMyElements(IntRange<0,sizeof...(tt)-1>(), min(tt...), tt...) {}
};

template<>
struct SortMyElements<1> {
    int data[1];
    constexpr SortMyElements(int x) : data{ x } {}
    constexpr SortMyElements(IntHolder<>, int minval, int x) : SortMyElements(x) {}
};

static_assert(SortMyElements<5>(5,2,1,3,1).data[0] == 1, "");
static_assert(SortMyElements<5>(5,2,1,3,1).data[1] == 1, "");
static_assert(SortMyElements<5>(5,2,1,3,1).data[2] == 2, "");
static_assert(SortMyElements<5>(5,2,1,3,1).data[3] == 3, "");
static_assert(SortMyElements<5>(5,2,1,3,1).data[4] == 5, "");

char global_array[ SortMyElements<5>(1,4,2,5,3).data[2] ];
static_assert(sizeof global_array == 3, "");

int main() {
    SortMyElements<5> se(1,4,2,5,3);
    int se_reference[5] = {1,2,3,4,5};
    assert(memcmp(se.data, se_reference, sizeof se.data) == 0);
}

更新：我还没弄明白如何进行快速合并（尽管DyP's answer看起来对我来说可能是可行的）。然而，今天早上我确实解决了我原来的拼图问题 - 将零点改组到阵列的末尾！我使用了递归分区和合并算法;代码看起来像this.

Answer 4

晚了一点，但是下面的comb_sort实现是一个更好，更简单的实现。

template<typename Array>
constexpr void comb_sort_impl ( Array & array_ ) noexcept {
    using size_type = typename Array::size_type;
    size_type gap = array_.size ( );
    bool swapped = false;
    while ( ( gap > size_type { 1 } ) or swapped ) {
        if ( gap > size_type { 1 } ) {
            gap = static_cast<size_type> ( gap / 1.247330950103979 );
        }
        swapped = false;
        for ( size_type i = size_type { 0 }; gap + i < static_cast<size_type> ( array_.size ( ) ); ++i ) {
            if ( array_ [ i ] > array_ [ i + gap ] ) {
                auto swap = array_ [ i ];
                array_ [ i ] = array_ [ i + gap ];
                array_ [ i + gap ] = swap;
                swapped = true;
            }
        }
    }
}

template<typename Array>
constexpr Array sort ( Array array_ ) noexcept {
    auto sorted = array_;
    comb_sort_impl ( sorted );
    return sorted;
}

int main ( ) {

    constexpr auto sorted = sort ( std::array<int, 8> { 6, 8, 0, 1, 5, 9, 2, 7 } );

    for ( auto i : sorted )
        std::cout << i << ' ';
    std::cout << std::endl;

    return EXIT_SUCCESS;
}

输出：0 1 2 5 6 7 8 9

为什么更好，[算法]经常和插入排序一样好，但是它是非递归的，这意味着它可以在任何大小的数组上工作（至少不受递归深度的限制）。

Answer 5

从C ++ 20开始，您需要在示例中进行的更改只是将constexpr添加到构造函数中。也就是说，在C ++ 20中，std::sort实际上是constexpr。

constexpr初始化数组以排序内容

5 个答案: