C++23：多维视图（std::mdspan）

编程入门行业动态更新时间:2024-10-10 01:17:19

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C++23：多维视图（std::mdspan）

介绍

在 C++23 中，std::mdspan 是一个非拥有的多维视图，用于表示连续对象序列。这个连续对象序列可以是一个简单的 C 数组、带有大小的指针、std::array、std::vector 或 std::string。

这种多维视图通常被称为多维数组。

多维数组的形状由其维数（也称为秩）和每个维度的大小（也称为扩展）决定。std::mdspan 的大小是所有非零维度的大小的乘积。你可以使用多维索引运算符 [] 来访问 std::mdspan 的元素。

每个 std::mdspan 的维度可以有静态或动态的扩展。静态扩展意味着其长度在编译时指定；动态扩展意味着其长度在运行时指定。

定义

template<class T,class Extents,class LayoutPolicy = std::layout_right,class AccessorPolicy = std::default_accessor<T>
> class mdspan;

T: 连续对象序列的类型。
Extents: 指定维数及其大小；每个维度可以有静态或动态的扩展。
LayoutPolicy: 指定用于访问底层内存的布局策略。
AccessorPolicy: 指定如何引用底层元素。

由于 C++17 中的类模板参数推导（CTAD），编译器通常可以自动从初始化器的类型推导出模板参数。

示例

使用动态扩展

#include <mdspan>
#include <iostream>
#include <vector>int main() {std::vector myVec{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};          // (1)std::mdspan m{myVec.data(), 2, 4};                  // (2)std::cout << "m.rank(): " << m.rank() << '\n';      // (4)for (std::size_t i = 0; i < m.extent(0); ++i) {     // (6)for (std::size_t j = 0; j < m.extent(1); ++j) { // (7)std::cout << m[i, j] << ' ';                // (8)}std::cout << '\n';}std::cout << '\n';std::mdspan m2{myVec.data(), 4, 2};                 // (3)std::cout << "m2.rank(): " << m2.rank() << '\n';    // (5)for (std::size_t i = 0; i < m2.extent(0); ++i) {for (std::size_t j = 0; j < m2.extent(1); ++j) {std::cout << m2[i, j] << ' ';  }std::cout << '\n';}}

使用静态和动态扩展

#include <mdspan>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <tuple>int main() {std::vector myVec{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};std::mdspan<int, std::extents<std::size_t, 2, 4>> m{myVec.data()}; // (1)std::cout << "m.rank(): " << m.rank() << '\n';for (std::size_t i = 0; i < m.extent(0); ++i) {for (std::size_t j = 0; j < m.extent(1); ++j) {std::cout << m[i, j] << ' ';  }std::cout << '\n';}std::cout << '\n';std::mdspan<int, std::extents<std::size_t, std::dynamic_extent, std::dynamic_extent>> m2{myVec.data(), 4, 2};          // (2)std::cout << "m2.rank(): " << m2.rank() << '\n';for (std::size_t i = 0; i < m2.extent(0); ++i) {for (std::size_t j = 0; j < m2.extent(1); ++j) {std::cout << m2[i, j] << ' ';  }std::cout << '\n';}std::cout << '\n';}

布局策略

std::mdspan 允许您指定用于访问底层内存的布局策略。默认情况下，使用 std::layout_right（C、C++ 或 Python 风格），但您也可以指定 std::layout_left（Fortran 或 MATLAB 风格）。

使用布局策略std::mdspan和std::layout_right遍历两个std::layout_left可以看出差异。

#include <mdspan>
#include <iostream>
#include <vector>int main() {std::vector myVec{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};std::mdspan<int, std::extents<std::size_t,      // (1)std::dynamic_extent, std::dynamic_extent>, std::layout_right> m{myVec.data(), 4, 2};std::cout << "m.rank(): " << m.rank() << '\n';for (std::size_t i = 0; i < m.extent(0); ++i) {for (std::size_t j = 0; j < m.extent(1); ++j) {std::cout << m[i, j] << ' ';  }std::cout << '\n';}std::cout << '\n';std::mdspan<int, std::extents<std::size_t,     // (2)std::dynamic_extent, std::dynamic_extent>, std::layout_left> m2{myVec.data(), 4, 2};std::cout << "m2.rank(): " << m2.rank() << '\n';for (std::size_t i = 0; i < m2.extent(0); ++i) {for (std::size_t j = 0; j < m2.extent(1); ++j) {std::cout << m2[i, j] << ' ';  }std::cout << '\n';}}