C++ 表示为1D的多维数组（n维模板化）

在C++中声明静态数组的多维数组非常容易，数组则存储在一个连续的内存块（行主要布局）中。 问题

然而，在C++中声明动态分配的多维数组（在运行时只知道运行的大小）是非常棘手的。要使用多个方括号保留相同的语法（在2D数组的情况下），您需要创建一个指向另一组数组（行）的指针数组。随着维数的增加，它会增加更多（不必要）级别的间接寻址、内存碎片，而对于较小的数组，指针可以占用比实际数据更多的内存

解决方案之一是使用1D数组，然后重新计算索引

例子： 尺寸为10、3和5的3D阵列。我希望在位置3,1,4处有一个元素，而不是写

3darray[3][1][4]

我会写

3darray[index]

，其中index将计算为

3*（y_dym_size*z_dym_size）+1*（z_dym_size）+4

，替换后，结果为

3*（3*5）+1*（5）+4

我可以很容易地创建一个类来封装一个动态分配的数组，并以所示的方式在索引中重新计算，但这是不实际的，因为它需要为每个维度编写

问题: < P>我想创建一个模板，它可以为任意数量的零开销（这是现代C++的精神——具有可重用代码/类，其中更多的工作被移到编译器）。我有以下适用于n维数组的代码，但是没有0开销。它包含for循环，还包含一个用于1D分辨率的数组：

模板
类arrayND{
std：：数组大小；
std：：阵列存取乘法器；
矢量数据；
公众：
使用迭代器=类型名向量：：迭代器；
使用常量迭代器=类型名向量：：常量迭代器；
模板
arrayND（Args&…Args）{
std:：数组温度{args…}；
尺寸=温度；
尺寸乘以=1；
对于（int i=DIM-2；i>=0；--i）{
mult*=尺寸[i+1]；
存取乘数[i]=mult；
}
调整数据大小（mult*temp[0]）；
}
模板
T&get（Args&&…Args）{
std:：数组idx_copy{args…}；
大小索引=idx拷贝[DIM-1]；
对于（int i=DIM-2；i>=0；--i）{
索引+=idx_拷贝[i]*访问乘法器[i]；
}
返回数据[索引]；
}
模板
运算符（）（Args&&…Args）{
返回get（args…）；
}
无效集（常数T&elem）{
填充（开始（数据）、结束（数据）、元素）；
}
迭代器begin（）{
返回开始（数据）；
}
迭代器结束（）{
返回端（数据）；
}
常量迭代器begin（）常量{
返回cbegin（数据）；
}
常量迭代器end（）常量{
返回cend（数据）；
}
};

我想到的另一种方法是使用可变模板，在编译器优化后，它有望与专门为某些维度编写的代码相同：

intgetindex（大小索引）{
收益指数；
}
模板
int getIndex（大小索引，参数…参数）{
返回访问乘数[DIM sizeof…（Args）-1]*index+getIndex（Args；
}
模板
T&get（Args&&…Args）{
返回数据[getIndex（args…）；
/*std:：数组idx_copy{args…}；
大小索引=idx拷贝[DIM-1]；
对于（int i=DIM-2；i>=0；--i）{
索引+=idx_拷贝[i]*访问乘法器[i]；
}
返回数据[索引]*/
}

有没有一种方法在当前版本（C++ 17）或C++语言中如何获得灵活性（任意数量的维度）和性能（零开销与特定于若干维度的代码相比）？如果必须有额外的开销，那么对它进行硬编码就更有意义了，比如说最多5维。

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某些现有库中是否已经实现了dynamics多维数组？

从存储中拆分视图

T的n维数组视图是一个类，它的指针指向

T

，并以某种方式获得n-1个步幅大小<代码>[]返回n-1维数组视图

这种观点有两种不同的风格。第一个存储步幅，第二个存储指向步幅连续缓冲区的指针。两者各有优势,；当某些或所有尺寸固定时，第一种方法甚至可以进行优化。但我会做第二个

template<class T, std::size_t N>
struct slice {
  T* ptr=0;
  std::size_t const* strides=0;
  slice<T,N-1> operator[]( std::size_t i )const{
    return { ptr + i**strides, strides+1 };
  }
};
template<class T>
struct slice<T,1> {
  T* ptr=0;
  std::size_t const* strides=0;
  T& operator[]( std::size_t i )const{
    return *(ptr + i**strides);
  }
};

模板
结构切片{
T*ptr=0；
标准：尺寸常数*跨步=0；
切片运算符[]（标准：：大小\u t i）常量{
返回{ptr+i**strips，strips+1}；
}
};
模板
结构切片{
T*ptr=0；
标准：尺寸常数*跨步=0；
T&operator[]（标准：：大小\u T i）常数{
返回*（ptr+i**步数）；
}
};

这一个允许每个元素的步幅

现在，您只需公开一个

跨步

即可在上执行链接的

[]

。这类似于我在三维空间中的写法

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如果您更喜欢

（x，y，z）

语法，并且您唯一的问题是for循环，并且担心编译器没有展平它，那么您可以使用包扩展强制展平它。但首先要分析并检查优化的组件。

静态大小的阵列不需要向量。使用

[]

实现它们的方法有很多。要么你感到困惑，要么有一些限制要求你做体操。用未说明的约束条件很难解决问题。@Yakk：他想成为一个abe来声明

arrayND small（2,2），big（200200）-维度的数量是类型的一部分，但每个维度的大小都传递给构造函数。这需要一个向量（或其他动态分配的缓冲区）。感谢Martin提供了一个与您所写的完全相同的示例@雅克：我已经更新了这个问题，明确指出这个问题与动态分配的数组有关（我没有提到）。