はじめに
C++には std::vector という動的配列を扱うクラスが用意されている．
このクラスはよく利用され，時には std::vector の std::vector，すなわち多次元の std::vecotr が用いられることがある．
しかし，この多次元の std::vector は
std::vector<std::vector<int>> vct2d;
のように長い型宣言を伴うのと，初期サイズを指定する場合，
std::vector<std::vector<int>> vct2d(5, std::vector<int>(10));
のような記述となり，なかなかに煩雑である．
この記事では，上記のような多次元 std::vector をある程度楽に扱えるようにすることについて記述する．
多次元の std::vector を生成する関数
まずは実装を紹介する．
#include <vector> #include <type_traits> #include <utility> template< typename T, typename U > static inline std::vector<U> makeNdVector(T&& n, U&& val) noexcept { static_assert(std::is_integral<T>::value, "[makeNdVector] 1st argument must be an integer type"); return std::vector<U>(std::forward<T>(n), std::forward<U>(val)); } #if __cplusplus >= 201402L template< typename T, typename... Args > static inline decltype(auto) makeNdVector(T&& n, Args&&... args) noexcept { static_assert(std::is_integral<T>::value, "[makeNdVector] 1st argument must be an integer type"); return std::vector<decltype(makeNdVector(std::forward<Args>(args)...))>(std::forward<T>(n), makeNdVector(std::forward<Args>(args)...)); } #else template< typename T, typename... Args > static inline auto makeNdVector(T&& n, Args&&... args) noexcept -> decltype(std::vector<decltype(makeNdVector(std::forward<Args>(args)...))>(std::forward<T>(n), makeNdVector(std::forward<Args>(args)...))) { static_assert(std::is_integral<T>::value, "[makeNdVector] 1st argument must be an integer type"); return std::vector<decltype(makeNdVector(std::forward<Args>(args)...))>(std::forward<T>(n), makeNdVector(std::forward<Args>(args)...)); } #endif #include <iostream> int main() { // 10x5 の 全要素が 1 の 2次元vectorを生成 auto vct2d = makeNdVector(5, 10, 1); for (std::size_t i = 0; i < 5; i++) { for (std::size_t j = 0; j < 10; j++) { std::cout << vct2d[i][j] << " "; } std::cout << "\n"; } return 0; }
C++11でもコンパイル可能なように，返り値の型を懇切丁寧に記述したものも用意した．
makeNdVector() 関数は，std::vector のコンストラクタと同様に扱えるように，一番最後の要素が全要素の初期値とする値にし，他は各次元における要素数とした．
要素数の順は多次元の組み込み配列と同じになるようにしている．
例えば，int arr[10][20][30] に対応するのは makeNdVector(10, 20, 30, 0); である．
多次元 std::vector の型の簡略化
多次元 std::vector を生成する関数の戻り値を auto で受け取る分には問題ないが，他の関数に渡すとなったときに void f(const std::vector<std::vector>& vct) と書かなくてはならない問題が残っている．
そこで，型を簡略に記述できるようにしてみる．
#include <type_traits> #include <vector> template< typename T, std::size_t N, typename std::enable_if<(N > 0), std::nullptr_t>::type = nullptr > struct ndvector_impl { using type = std::vector<typename ndvector_impl<T, N - 1>::type>; }; // struct ndvector_impl template<typename T> struct ndvector_impl<T, 1> { using type = std::vector<T>; }; // struct ndvector_impl template< typename T, std::size_t N > using NdVector = typename ndvector_impl<T, N>::type; int main() { static_assert(std::is_same<NdVector<int, 1>, std::vector<int>>::value, "NG"); static_assert(std::is_same<NdVector<double, 2>, std::vector<std::vector<double>>>::value, "NG"); static_assert(std::is_same<NdVector<int, 4>, std::vector<std::vector<std::vector<std::vector<int>>>>>::value, "NG"); return 0; }
上記のコードに示す通り，例えば std::vector<std::vector<int>> を NdVector<int, 2> と書けるようになる．
これで関数の引数として型を記述するのも楽になる．
#include <vector> #include <type_traits> #include <utility> template< typename T, typename U > static inline std::vector<U> makeNdVector(T&& n, U&& val) noexcept { static_assert(std::is_integral<T>::value, "[makeNdVector] The 1st argument must be an integer"); return std::vector<U>(std::forward<T>(n), std::forward<U>(val)); } template< typename T, typename... Args > static inline decltype(auto) makeNdVector(T&& n, Args&&... args) noexcept { static_assert(std::is_integral<T>::value, "[makeNdVector] The 1st argument must be an integer"); return std::vector<decltype(makeNdVector(std::forward<Args>(args)...))>(std::forward<T>(n), makeNdVector(std::forward<Args>(args)...)); } template< typename T, std::size_t N, typename std::enable_if<(N > 0), std::nullptr_t>::type = nullptr > struct ndvector_impl { using type = std::vector<typename ndvector_impl<T, N - 1>::type>; }; // struct ndvector_impl template<typename T> struct ndvector_impl<T, 1> { using type = std::vector<T>; }; // struct ndvector_impl template< typename T, std::size_t N > using NdVector = typename ndvector_impl<T, N>::type; #include <iostream> static inline void showAllElement(const NdVector<int, 2>& vct2d) noexcept { for (const auto& row : vct2d) { for (const auto& col : row) { std::cout << col << " "; } std::cout << "\n"; } } int main() { auto vct2d = makeNdVector(5, 10, 1); showAllElement(vct2d); return 0; }
（どうでもいいけど，何故かメタ関数はスネークケース，インスタンス作ったりするクラスはパスカルケースで書きたい気持ちがあるんだよなぁ）
まとめ
多次元 std::vector を簡単に生成する関数と，型の記述を簡単にするエイリアステンプレートの実装を紹介した．
なお，この記事で紹介した方法では std::vector の第2テンプレート引数（メモリアロケータ）を指定できるようにはなっていないが，各次元において別のメモリアロケータを指定する場合などを考えると複雑であるし，そもそもメモリアロケータを指定したい人がわざわざ要素アクセス速度の遅い多次元の std::vector を使うとは思えないので省略した．
（多次元 std::vector はいわゆるジャグ配列なので，全次元を通してメモリが連続に確保されるとはいえないので，キャッシュ効率の観点から不利なのは明らか）
