C/C++ 中 mdspan 介紹與使用示例

更新時間：2025年07月16日 09:56:42 作者：東北豆子哥

mdspan是C++23引入的多維數(shù)組視圖,不管理內存僅提供視圖,支持任意維度和靈活布局,適用于科學計算等領域,其優(yōu)點包括零成本抽象、類型安全和可組合性,但需確保底層數(shù)據(jù)有效且編譯器支持,本文介紹C/C++ 中 mdspan 介紹與使用,感興趣的朋友一起看看吧

C/C++ 中的 mdspan 介紹與使用

mdspan 是多維數(shù)組視圖的一個現(xiàn)代 C++ 抽象，它是 C++23 標準引入的一個重要特性，旨在提供靈活、高效的多維數(shù)組操作方式。

什么是 mdspan

mdspan (Multi-Dimensional Span) 是一個非擁有的多維數(shù)組視圖，它：

不管理內存，只提供對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的多維視圖
支持任意維度的數(shù)組
提供靈活的內存布局描述
是 C++ 標準庫的一部分 (C++23)

基本用法

包含頭文件

#include <mdspan>

創(chuàng)建一個 mdspan

#include <mdspan>
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    // 創(chuàng)建一個 2x3 的 mdspan 視圖
    std::mdspan mat{data.data(), 2, 3};
    // 訪問元素
    std::cout << mat(1, 2) << '\n';  // 輸出 6
}

高級特性

自定義布局

#include <mdspan>
int main() {
    int data[6] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    // 使用行優(yōu)先布局 (C風格)
    std::mdspan mat_c{data, std::extents{2, 3}, std::layout_right{}};
    // 使用列優(yōu)先布局 (Fortran風格)
    std::mdspan mat_f{data, std::extents{2, 3}, std::layout_left{}};
    // 自定義跨步布局
    std::mdspan mat_stride{data, std::extents{2, 3}, std::layout_stride{std::array{1, 2}}};
}

動態(tài)與靜態(tài)維度

#include <mdspan>
int main() {
    int data[24];
    // 完全靜態(tài)維度
    std::mdspan<int, std::extents<2, 3, 4>> static_span{data};
    // 混合靜態(tài)和動態(tài)維度
    std::mdspan<int, std::extents<std::dynamic_extent, 3, std::dynamic_extent>> mixed_span{data, 2, 4};
    // 完全動態(tài)維度
    std::mdspan<int, std::extents<std::dynamic_extent, std::dynamic_extent>> dynamic_span{data, 2, 3};
}

實際應用示例

矩陣乘法

#include <mdspan>
#include <vector>
#include <iostream>
template <typename T, typename ExtsA, typename LayA, typename AccA,
          typename ExtsB, typename LayB, typename AccB,
          typename ExtsC, typename LayC, typename AccC>
void matrix_multiply(
    std::mdspan<T, ExtsA, LayA, AccA> a,
    std::mdspan<T, ExtsB, LayB, AccB> b,
    std::mdspan<T, ExtsC, LayC, AccC> c) {
    for (size_t i = 0; i < c.extent(0); ++i) {
        for (size_t j = 0; j < c.extent(1); ++j) {
            c(i, j) = 0;
            for (size_t k = 0; k < a.extent(1); ++k) {
                c(i, j) += a(i, k) * b(k, j);
            }
        }
    }
}
int main() {
    std::vector<int> a_data(2*3, 1); // 2x3 矩陣，全1
    std::vector<int> b_data(3*4, 2); // 3x4 矩陣，全2
    std::vector<int> c_data(2*4);    // 2x4 結果矩陣
    auto a = std::mdspan(a_data.data(), 2, 3);
    auto b = std::mdspan(b_data.data(), 3, 4);
    auto c = std::mdspan(c_data.data(), 2, 4);
    matrix_multiply(a, b, c);
    // 輸出結果
    for (size_t i = 0; i < c.extent(0); ++i) {
        for (size_t j = 0; j < c.extent(1); ++j) {
            std::cout << c(i, j) << ' ';
        }
        std::cout << '\n';
    }
}