Примеры шаблонов и С++ 11

Ответ 1

Мне было интересно, могут ли лямбды вместе с семантикой перемещения или любой другой новой функцией сделать так же хорошо, как и ET. Любые мысли?

Быстрый ответ

Перемещение семантики не является полной панацеей самостоятельно - в С++ 11 все еще нужны технологии, такие как шаблоны выражений (ET), чтобы устранить накладные расходы, такие как перемещение данных! Итак, чтобы быстро ответить на ваш вопрос перед погружением в остальную часть моего ответа, переместить семантику и т.д., Не полностью заменяет ET, как показывает мой ответ ниже.

Подробный ответ

ET обычно возвращают прокси-объекты для отсрочки оценки до более позднего времени, поэтому непосредственное очевидное преимущество языковых возможностей языка С++ 11 до тех пор, пока код, инициирующий вычисление, не станет очевидным. Тем не менее, не хотелось бы писать ET-код, однако, что запускает генерации кода во время создания дерева выражений с помощью прокси. Симпатично, семантика перемещения С++ 11 и совершенная пересылка могут помочь избежать таких накладных расходов, если это произойдет иначе. (Такое было бы невозможно в С++ 03.)

По сути, при написании ETs вы хотите использовать языковые функции для генерации оптимального кода, когда вызываются функции-члены задействованных объектов-прокси. В С++ 11 это будет включать в себя использование совершенной пересылки, перемещение семантики по копированию и т.д., Если такое на самом деле все еще необходимо сверх того, что уже может сделать компилятор. Название игры состоит в том, чтобы свести к минимуму созданный код времени выполнения и/или максимизировать скорость выполнения и/или свести к минимуму накладные расходы времени выполнения.

Я действительно хотел попробовать некоторые ET с функциями С++ 11, чтобы увидеть, могу ли я удалить ВСЕ промежуточные временные типы экземпляров с выражением a = b + c + d;. (Поскольку это был просто забавный перерыв в моей обычной деятельности, поэтому я не сравнивал его и не писал E-код исключительно с использованием С++ 03. Также я не беспокоился обо всех аспектах полировки кода, которые появляются ниже.)

Для начала я не использовал lambdas - я предпочитал использовать явные типы и функции, поэтому я не буду спорить о/против лямбда в отношении вашего вопроса. Я предполагаю, что они будут похожи на использование функторов и не будут работать лучше, чем не-ET-код ниже (т.е. Потребуются перемещения) - по крайней мере до тех пор, пока компиляторы не смогут автоматически оптимизировать lambdas, используя их собственные внутренние ET для такого. Однако код, который я написал, использует семантику перемещения и совершенную пересылку. Вот что я сделал, начиная с результатов и затем, наконец, представляя код.

Я создал класс math_vector<N>, где N==3 и он определяет внутренний частный экземпляр std::array<long double, N>. Члены представляют собой конструктор по умолчанию, копируют и перемещают конструкторы и назначения, конструктор списка инициализаторов, деструктор, элемент swap(), оператор [] для доступа к элементам вектора и оператора + =. Используется без шаблонов выражений, этот код:

{
  cout << "CASE 1:\n";
  math_vector<3> a{1.0, 1.1, 1.2};
  math_vector<3> b{2.0, 2.1, 2.2};
  math_vector<3> c{3.0, 3.1, 3.2};
  math_vector<3> d{4.0, 4.1, 4.2};
  math_vector<3> result = a + b + c + d;
  cout << '[' << &result << "]: " << result << "\n";
}

(при компиляции с clang++ 3.1 или g++ 4.8 с - std=c++11 -O3):

CASE 1:
0x7fff8d6edf50: math_vector(initlist)
0x7fff8d6edef0: math_vector(initlist)
0x7fff8d6ede90: math_vector(initlist)
0x7fff8d6ede30: math_vector(initlist)
0x7fff8d6edd70: math_vector(copy: 0x7fff8d6edf50)
0x7fff8d6edda0: math_vector(move: 0x7fff8d6edd70)
0x7fff8d6eddd0: math_vector(move: 0x7fff8d6edda0)
0x7fff8d6edda0: ~math_vector()
0x7fff8d6edd70: ~math_vector()
[0x7fff8d6eddd0]: (10,10.4,10.8)
0x7fff8d6eddd0: ~math_vector()
0x7fff8d6ede30: ~math_vector()
0x7fff8d6ede90: ~math_vector()
0x7fff8d6edef0: ~math_vector()
0x7fff8d6edf50: ~math_vector()

т.е. четыре явно построенных экземпляра с использованием списков инициализаторов (т.е. элементов initlist), переменной result (т.е. 0x7fff8d6eddd0) и также позволяет копировать и перемещать еще три объекта.

Чтобы сосредоточиться только на временных и перемещениях, я создал второй случай, который создает только result как именованную переменную - все остальные значения r:

{
  cout << "CASE 2:\n";
  math_vector<3> result =
    math_vector<3>{1.0, 1.1, 1.2} +
    math_vector<3>{2.0, 2.1, 2.2} +
    math_vector<3>{3.0, 3.1, 3.2} +
    math_vector<3>{4.0, 4.1, 4.2}
  ;
  cout << '[' << &result << "]: " << result << "\n";
}

который выводит это (снова, когда ET не используются):

CASE 2:
0x7fff8d6edcb0: math_vector(initlist)
0x7fff8d6edc50: math_vector(initlist)
0x7fff8d6edce0: math_vector(move: 0x7fff8d6edcb0)
0x7fff8d6edbf0: math_vector(initlist)
0x7fff8d6edd10: math_vector(move: 0x7fff8d6edce0)
0x7fff8d6edb90: math_vector(initlist)
0x7fff8d6edd40: math_vector(move: 0x7fff8d6edd10)
0x7fff8d6edb90: ~math_vector()
0x7fff8d6edd10: ~math_vector()
0x7fff8d6edbf0: ~math_vector()
0x7fff8d6edce0: ~math_vector()
0x7fff8d6edc50: ~math_vector()
0x7fff8d6edcb0: ~math_vector()
[0x7fff8d6edd40]: (10,10.4,10.8)
0x7fff8d6edd40: ~math_vector()

что лучше: создаются только дополнительные объекты перемещения.

Но я хотел лучше: мне нужны нулевые дополнительные временные файлы и иметь код, как если бы я жестко закодировал его с одним стандартным предостережением: все явно созданные экземпляры все равно будут созданы (т.е. четыре конструктора initlist и result). Для этого я добавил код шаблона выражения следующим образом:

• был создан класс proxy math_vector_expr<LeftExpr,BinaryOp,RightExpr>, чтобы еще не вычисленное выражение,
• был создан класс proxy plus_op для хранения операции добавления,
• конструктор был добавлен в math_vector для принятия объекта math_vector_expr и
• Функции-члены "стартера" были добавлены, чтобы инициировать создание шаблона выражения.

Результаты с использованием ЭП прекрасны: никаких лишних времен в любом случае! Вышеуказанные предыдущие два случая:

CASE 1:
0x7fffe7180c60: math_vector(initlist)
0x7fffe7180c90: math_vector(initlist)
0x7fffe7180cc0: math_vector(initlist)
0x7fffe7180cf0: math_vector(initlist)
0x7fffe7180d20: math_vector(expr: 0x7fffe7180d90)
[0x7fffe7180d20]: (10,10.4,10.8)
0x7fffe7180d20: ~math_vector()
0x7fffe7180cf0: ~math_vector()
0x7fffe7180cc0: ~math_vector()
0x7fffe7180c90: ~math_vector()
0x7fffe7180c60: ~math_vector()

CASE 2:
0x7fffe7180dd0: math_vector(initlist)
0x7fffe7180e20: math_vector(initlist)
0x7fffe7180e70: math_vector(initlist)
0x7fffe7180eb0: math_vector(initlist)
0x7fffe7180d20: math_vector(expr: 0x7fffe7180dc0)
0x7fffe7180eb0: ~math_vector()
0x7fffe7180e70: ~math_vector()
0x7fffe7180e20: ~math_vector()
0x7fffe7180dd0: ~math_vector()
[0x7fffe7180d20]: (10,10.4,10.8)
0x7fffe7180d20: ~math_vector()

i.e, ровно 5 вызовов конструктора и 5 вызовов деструктора в каждом случае. Фактически, если вы попросите компилятор сгенерировать код ассемблера между вызовами конструктора 4 initlist и выводом result, получится эта красивая строка кода ассемблера:

fldt    128(%rsp)
leaq    128(%rsp), %rdi
leaq    80(%rsp), %rbp
fldt    176(%rsp)
faddp   %st, %st(1)
fldt    224(%rsp)
faddp   %st, %st(1)
fldt    272(%rsp)
faddp   %st, %st(1)
fstpt   80(%rsp)
fldt    144(%rsp)
fldt    192(%rsp)
faddp   %st, %st(1)
fldt    240(%rsp)
faddp   %st, %st(1)
fldt    288(%rsp)
faddp   %st, %st(1)
fstpt   96(%rsp)
fldt    160(%rsp)
fldt    208(%rsp)
faddp   %st, %st(1)
fldt    256(%rsp)
faddp   %st, %st(1)
fldt    304(%rsp)
faddp   %st, %st(1)
fstpt   112(%rsp)

с g++ и clang++ выводит аналогичный (даже меньший) код. Нет вызовов функций и т.д. - просто куча добавлений, которая ТОЧНО, что нужно!

Для этого следует код С++ 11. Просто #define DONT_USE_EXPR_TEMPL не использовать ET или вообще не определять его для использования ET.

#include <array>
#include <algorithm>
#include <initializer_list>
#include <type_traits>
#include <iostream>

//#define DONT_USE_EXPR_TEMPL

//===========================================================================

template <std::size_t N> class math_vector;

template <
  typename LeftExpr,
  typename BinaryOp,
  typename RightExpr
>
class math_vector_expr
{
  public:
    math_vector_expr() = delete;

    math_vector_expr(LeftExpr l, RightExpr r) : 
      l_(std::forward<LeftExpr>(l)), 
      r_(std::forward<RightExpr>(r))
    {
    }

    // Prohibit copying...
    math_vector_expr(math_vector_expr const&) = delete;
    math_vector_expr& operator =(math_vector_expr const&) = delete;

    // Allow moves...
    math_vector_expr(math_vector_expr&&) = default;
    math_vector_expr& operator =(math_vector_expr&&) = default;

    template <typename RE>
    auto operator +(RE&& re) const ->
      math_vector_expr<
        math_vector_expr<LeftExpr,BinaryOp,RightExpr> const&,
        BinaryOp,
        decltype(std::forward<RE>(re))
      >
    {
      return 
        math_vector_expr<
          math_vector_expr<LeftExpr,BinaryOp,RightExpr> const&,
          BinaryOp,
          decltype(std::forward<RE>(re))
        >(*this, std::forward<RE>(re))
      ;
    }

    auto le() -> 
      typename std::add_lvalue_reference<LeftExpr>::type
      { return l_; }

    auto le() const ->
      typename std::add_lvalue_reference<
        typename std::add_const<LeftExpr>::type
      >::type
      { return l_; }

    auto re() -> 
      typename std::add_lvalue_reference<RightExpr>::type
      { return r_; }

    auto re() const -> 
      typename std::add_lvalue_reference<
        typename std::add_const<RightExpr>::type
      >::type
      { return r_; }

    auto operator [](std::size_t index) const ->
      decltype(
        BinaryOp::apply(this->le()[index], this->re()[index])
      )
    {
      return BinaryOp::apply(le()[index], re()[index]);
    }

  private:
    LeftExpr l_;
    RightExpr r_;
};

//===========================================================================

template <typename T>
struct plus_op
{
  static T apply(T const& a, T const& b)
  {
    return a + b;
  }

  static T apply(T&& a, T const& b)
  {
    a += b;
    return std::move(a);
  }

  static T apply(T const& a, T&& b)
  {
    b += a;
    return std::move(b);
  }

  static T apply(T&& a, T&& b)
  {
    a += b;
    return std::move(a);
  }
};

//===========================================================================

template <std::size_t N>
class math_vector
{
  using impl_type = std::array<long double, N>;

  public:
    math_vector()
    {
      using namespace std;
      fill(begin(v_), end(v_), impl_type{});
      std::cout << this << ": math_vector()" << endl;
    }

    math_vector(math_vector const& mv) noexcept
    {
      using namespace std;
      copy(begin(mv.v_), end(mv.v_), begin(v_));
      std::cout << this << ": math_vector(copy: " << &mv << ")" << endl;
    }

    math_vector(math_vector&& mv) noexcept
    {
      using namespace std;
      move(begin(mv.v_), end(mv.v_), begin(v_));
      std::cout << this << ": math_vector(move: " << &mv << ")" << endl;
    }

    math_vector(std::initializer_list<typename impl_type::value_type> l)
    {
      using namespace std;
      copy(begin(l), end(l), begin(v_));
      std::cout << this << ": math_vector(initlist)" << endl;
    }

    math_vector& operator =(math_vector const& mv) noexcept
    {
      using namespace std;
      copy(begin(mv.v_), end(mv.v_), begin(v_));
      std::cout << this << ": math_vector op =(copy: " << &mv << ")" << endl;
      return *this;
    }

    math_vector& operator =(math_vector&& mv) noexcept
    {
      using namespace std;
      move(begin(mv.v_), end(mv.v_), begin(v_));
      std::cout << this << ": math_vector op =(move: " << &mv << ")" << endl;
      return *this;
    }

    ~math_vector()
    {
      using namespace std;
      std::cout << this << ": ~math_vector()" << endl;
    }

    void swap(math_vector& mv)
    {
      using namespace std;
      for (std::size_t i = 0; i<N; ++i)
        swap(v_[i], mv[i]);
    }

    auto operator [](std::size_t index) const
      -> typename impl_type::value_type const&
    {
      return v_[index];
    }

    auto operator [](std::size_t index)
      -> typename impl_type::value_type&
    {
      return v_[index];
    }

    math_vector& operator +=(math_vector const& b)
    {
      for (std::size_t i = 0; i<N; ++i)
        v_[i] += b[i];
      return *this;
    }

  #ifndef DONT_USE_EXPR_TEMPL

    template <typename LE, typename Op, typename RE>
    math_vector(math_vector_expr<LE,Op,RE>&& mve)
    {
      for (std::size_t i = 0; i < N; ++i)
        v_[i] = mve[i];
      std::cout << this << ": math_vector(expr: " << &mve << ")" << std::endl;
    }

    template <typename RightExpr>
    math_vector& operator =(RightExpr&& re)
    {
      for (std::size_t i = 0; i<N; ++i)
        v_[i] = re[i];
      return *this;
    }

    template <typename RightExpr>
    math_vector& operator +=(RightExpr&& re)
    {
      for (std::size_t i = 0; i<N; ++i)
        v_[i] += re[i];
      return *this;
    }

    template <typename RightExpr>
    auto operator +(RightExpr&& re) const ->
      math_vector_expr<
        math_vector const&, 
        plus_op<typename impl_type::value_type>,
        decltype(std::forward<RightExpr>(re))
      >
    {
      return 
        math_vector_expr<
          math_vector const&, 
          plus_op<typename impl_type::value_type>, 
          decltype(std::forward<RightExpr>(re))
        >(
          *this, 
          std::forward<RightExpr>(re)
        )
      ;
    }

  #endif // #ifndef DONT_USE_EXPR_TEMPL

  private:
    impl_type v_;
};

//===========================================================================

template <std::size_t N>
inline void swap(math_vector<N>& a, math_vector<N>& b)
{
  a.swap(b);
}

//===========================================================================

#ifdef DONT_USE_EXPR_TEMPL

template <std::size_t N>
inline math_vector<N> operator +(
  math_vector<N> const& a, 
  math_vector<N> const& b
)
{
  math_vector<N> retval(a);
  retval += b;
  return retval;
}

template <std::size_t N>
inline math_vector<N> operator +(
  math_vector<N>&& a, 
  math_vector<N> const& b
)
{
  a += b;
  return std::move(a);
}

template <std::size_t N>
inline math_vector<N> operator +(
  math_vector<N> const& a, 
  math_vector<N>&& b
)
{
  b += a;
  return std::move(b);
}

template <std::size_t N>
inline math_vector<N> operator +(
  math_vector<N>&& a, 
  math_vector<N>&& b
)
{
  a += std::move(b);
  return std::move(a);
}

#endif // #ifdef DONT_USE_EXPR_TEMPL

//===========================================================================

template <std::size_t N>
std::ostream& operator <<(std::ostream& os, math_vector<N> const& mv)
{
  os << '(';
  for (std::size_t i = 0; i < N; ++i)
    os << mv[i] << ((i+1 != N) ? ',' : ')');
  return os;
}

//===========================================================================

int main()
{
  using namespace std;

  try
  {
    {
      cout << "CASE 1:\n";
      math_vector<3> a{1.0, 1.1, 1.2};
      math_vector<3> b{2.0, 2.1, 2.2};
      math_vector<3> c{3.0, 3.1, 3.2};
      math_vector<3> d{4.0, 4.1, 4.2};
      math_vector<3> result = a + b + c + d;
      cout << '[' << &result << "]: " << result << "\n";
    }
    cout << endl;
    {
      cout << "CASE 2:\n";
      math_vector<3> result =
        math_vector<3>{1.0, 1.1, 1.2} +
        math_vector<3>{2.0, 2.1, 2.2} +
        math_vector<3>{3.0, 3.1, 3.2} +
        math_vector<3>{4.0, 4.1, 4.2}
      ;
      cout << '[' << &result << "]: " << result << "\n";
    }
  }
  catch (...)
  {
    return 1;
  }
}

//===========================================================================

Ответ 2

Вот скорректированная версия кода Пола Прени. Я сообщил автору по электронной почте и в комментариях; Я написал редактирование, но он был отклонен неквалифицированными рецензентами.

Ошибка в исходном коде заключается в том, что параметр шаблона BinaryOp для math_vector_expr:: operator + исправлен.

#include <array>
#include <algorithm>
#include <initializer_list>
#include <type_traits>
#include <iostream>

//#define DONT_USE_EXPR_TEMPL

//===========================================================================

template <std::size_t N> class math_vector;
template <typename T> struct plus_op;


template <
  typename LeftExpr,
  typename BinaryOp,
  typename RightExpr
>
class math_vector_expr
{
  public:
    typedef typename std::remove_reference<LeftExpr>::type::value_type value_type;

    math_vector_expr() = delete;

    math_vector_expr(LeftExpr l, RightExpr r) :
      l_(std::forward<LeftExpr>(l)),
      r_(std::forward<RightExpr>(r))
    {
    }

    // Prohibit copying...
    math_vector_expr(math_vector_expr const&) = delete;
    math_vector_expr& operator =(math_vector_expr const&) = delete;

    // Allow moves...
    math_vector_expr(math_vector_expr&&) = default;
    math_vector_expr& operator =(math_vector_expr&&) = default;

    template <typename RE>
    auto operator +(RE&& re) const ->
      math_vector_expr<
        math_vector_expr<LeftExpr,BinaryOp,RightExpr> const&,
        plus_op<value_type>,
        decltype(std::forward<RE>(re))
      >
    {
      return
        math_vector_expr<
          math_vector_expr<LeftExpr,BinaryOp,RightExpr> const&,
          plus_op<value_type>,
          decltype(std::forward<RE>(re))
        >(*this, std::forward<RE>(re))
      ;
    }

    auto le() ->
      typename std::add_lvalue_reference<LeftExpr>::type
      { return l_; }

    auto le() const ->
      typename std::add_lvalue_reference<
        typename std::add_const<LeftExpr>::type
      >::type
      { return l_; }

    auto re() ->
      typename std::add_lvalue_reference<RightExpr>::type
      { return r_; }

    auto re() const ->
      typename std::add_lvalue_reference<
        typename std::add_const<RightExpr>::type
      >::type
      { return r_; }

    auto operator [](std::size_t index) const ->
      value_type
    {
      return BinaryOp::apply(le()[index], re()[index]);
    }

  private:
    LeftExpr l_;
    RightExpr r_;
};

//===========================================================================

template <typename T>
struct plus_op
{
  static T apply(T const& a, T const& b)
  {
    return a + b;
  }

  static T apply(T&& a, T const& b)
  {
    a += b;
    return std::move(a);
  }

  static T apply(T const& a, T&& b)
  {
    b += a;
    return std::move(b);
  }

  static T apply(T&& a, T&& b)
  {
    a += b;
    return std::move(a);
  }
};

//===========================================================================

template <std::size_t N>
class math_vector
{
  using impl_type = std::array<long double, N>;

  public:
    typedef typename impl_type::value_type value_type;

    math_vector()
    {
      using namespace std;
      fill(begin(v_), end(v_), impl_type{});
      std::cout << this << ": math_vector()" << endl;
    }

    math_vector(math_vector const& mv) noexcept
    {
      using namespace std;
      copy(begin(mv.v_), end(mv.v_), begin(v_));
      std::cout << this << ": math_vector(copy: " << &mv << ")" << endl;
    }

    math_vector(math_vector&& mv) noexcept
    {
      using namespace std;
      move(begin(mv.v_), end(mv.v_), begin(v_));
      std::cout << this << ": math_vector(move: " << &mv << ")" << endl;
    }

    math_vector(std::initializer_list<value_type> l)
    {
      using namespace std;
      copy(begin(l), end(l), begin(v_));
      std::cout << this << ": math_vector(initlist)" << endl;
    }

    math_vector& operator =(math_vector const& mv) noexcept
    {
      using namespace std;
      copy(begin(mv.v_), end(mv.v_), begin(v_));
      std::cout << this << ": math_vector op =(copy: " << &mv << ")" << endl;
      return *this;
    }

    math_vector& operator =(math_vector&& mv) noexcept
    {
      using namespace std;
      move(begin(mv.v_), end(mv.v_), begin(v_));
      std::cout << this << ": math_vector op =(move: " << &mv << ")" << endl;
      return *this;
    }

    ~math_vector()
    {
      using namespace std;
      std::cout << this << ": ~math_vector()" << endl;
    }

    void swap(math_vector& mv)
    {
      using namespace std;
      for (std::size_t i = 0; i<N; ++i)
        swap(v_[i], mv[i]);
    }

    auto operator [](std::size_t index) const
      -> value_type const&
    {
      return v_[index];
    }

    auto operator [](std::size_t index)
      -> value_type&
    {
      return v_[index];
    }

    math_vector& operator +=(math_vector const& b)
    {
      for (std::size_t i = 0; i<N; ++i)
        v_[i] += b[i];
      return *this;
    }

  #ifndef DONT_USE_EXPR_TEMPL

    template <typename LE, typename Op, typename RE>
    math_vector(math_vector_expr<LE,Op,RE>&& mve)
    {
      for (std::size_t i = 0; i < N; ++i)
        v_[i] = mve[i];
      std::cout << this << ": math_vector(expr: " << &mve << ")" << std::endl;
    }

    template <typename RightExpr>
    math_vector& operator =(RightExpr&& re)
    {
      for (std::size_t i = 0; i<N; ++i)
        v_[i] = re[i];
      return *this;
    }

    template <typename RightExpr>
    math_vector& operator +=(RightExpr&& re)
    {
      for (std::size_t i = 0; i<N; ++i)
        v_[i] += re[i];
      return *this;
    }

    template <typename RightExpr>
    auto operator +(RightExpr&& re) const ->
      math_vector_expr<
        math_vector const&,
        plus_op<value_type>,
        decltype(std::forward<RightExpr>(re))
      >
    {
      return
        math_vector_expr<
          math_vector const&,
          plus_op<value_type>,
          decltype(std::forward<RightExpr>(re))
        >(
          *this,
          std::forward<RightExpr>(re)
        )
      ;
    }

  #endif // #ifndef DONT_USE_EXPR_TEMPL

  private:
    impl_type v_;
};

//===========================================================================

template <std::size_t N>
inline void swap(math_vector<N>& a, math_vector<N>& b)
{
  a.swap(b);
}

//===========================================================================

#ifdef DONT_USE_EXPR_TEMPL

template <std::size_t N>
inline math_vector<N> operator +(
  math_vector<N> const& a,
  math_vector<N> const& b
)
{
  math_vector<N> retval(a);
  retval += b;
  return retval;
}

template <std::size_t N>
inline math_vector<N> operator +(
  math_vector<N>&& a,
  math_vector<N> const& b
)
{
  a += b;
  return std::move(a);
}

template <std::size_t N>
inline math_vector<N> operator +(
  math_vector<N> const& a,
  math_vector<N>&& b
)
{
  b += a;
  return std::move(b);
}

template <std::size_t N>
inline math_vector<N> operator +(
  math_vector<N>&& a,
  math_vector<N>&& b
)
{
  a += std::move(b);
  return std::move(a);
}

#endif // #ifdef DONT_USE_EXPR_TEMPL

//===========================================================================

template <std::size_t N>
std::ostream& operator <<(std::ostream& os, math_vector<N> const& mv)
{
  os << '(';
  for (std::size_t i = 0; i < N; ++i)
    os << mv[i] << ((i+1 != N) ? ',' : ')');
  return os;
}

//===========================================================================

int main()
{
  using namespace std;

  try
  {
    {
      cout << "CASE 1:\n";
      math_vector<3> a{1.0, 1.1, 1.2};
      math_vector<3> b{2.0, 2.1, 2.2};
      math_vector<3> c{3.0, 3.1, 3.2};
      math_vector<3> d{4.0, 4.1, 4.2};
      math_vector<3> result = a + b + c + d;
      cout << '[' << &result << "]: " << result << "\n";
    }
    cout << endl;
    {
      cout << "CASE 2:\n";
      math_vector<3> result =
        math_vector<3>{1.0, 1.1, 1.2} +
        math_vector<3>{2.0, 2.1, 2.2} +
        math_vector<3>{3.0, 3.1, 3.2} +
        math_vector<3>{4.0, 4.1, 4.2}
      ;
      cout << '[' << &result << "]: " << result << "\n";
    }
  }
  catch (...)
  {
    return 1;
  }
}

//===========================================================================