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这有点谜，而不是现实世界的问题，但是我遇到了一种情况，我希望能够编写一些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构造函数是constexpr.

显然这对于​​固定是可能的N；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 } {}
};

但是我如何将其概括为适用于任何人 N的东西？

请注意，数组元素必须来自参数的实际值，而不是来自模板非类型参数；我的元素来自constexpr表达式，尽管在编译时被评估，但它们牢牢地驻留在“价值系统”中，而不是“类型系统”中。（例如，Boost.MPLsort严格在“类型系统”内工作。）

我已经发布了一个有效的“答案”，但它的工作效率太低了N > 6。我想在附近使用它2 < N < 50。

（PS-实际上我真正想做的是将数组中的所有零随机排列到数组的末尾并将非零值打包到前面，这可能比完全排序更容易；但我认为排序是更容易描述。随意解决“随机零”问题而不是排序。）

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5 回答 5

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这很丑陋，并且可能不是在常量表达式中排序的最佳方法（因为需要实例化深度）.. 但是瞧，合并排序：

辅助类型，具有 constexpr 元素访问的可返回数组类型：

#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> {};

append该数组类型的函数：

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);
}

使用示例的助手：

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;  }

使用示例：

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：

未排序：5, 7, 3, 4, 1, 8, 2, 9, 0, 6, 10,
排序：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、
于 2013-10-24T17:35:23.760 回答
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我知道这是一个老问题，但是因为我们有 C++14（很快就会有 C++17），并且由于 C++14 constexpr 规则没有那么受限，而且，当然，有几个人会找到你的google 中的问题，这是自 C++14 以来如何进行快速排序（当然还有其他算法）。（对于 constexpr 数组，@dyp 的功劳很大）

#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';
}

现场演示

于 2016-10-13T20:09:15.117 回答
4

派对有点晚了，但更好、更简单的实现是下面的comb_sort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，它的 [算法] 通常与插入排序一样好，但它是非递归的，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）。

于 2019-03-17T09:58:25.937 回答
3

好吧，我得到了编译效率低下的版本，至少在 OSX 上使用 Clang。这是代码。

然而，虽然它对于五个元素来说相当快，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。（根据项目是几乎排序还是反向排序，性能也会发生灾难性变化。）我什至没有尝试计时八。显然，这不适合我想用它做的事情。（我会说 50 个元素对于我设计的用例来说是一个合理的上限，但 6 个元素太小了。）

#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：我还没有弄清楚如何进行快速合并排序（尽管DyP 的答案对我来说似乎可行）。然而，今天早上我确实解决了我最初的难题——将零随机排列到数组的末尾！我使用了递归的分区和合并算法；代码看起来像这样。

于 2013-10-24T08:45:51.240 回答
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从 C++20 开始，您需要在示例中更改的所有内容就是添加constexpr到构造函数中。也就是说，在 C++20 中，std::sort实际上是constexpr.

于 2020-07-04T05:55:16.860 回答