Когда использовать StringBuilder? [дубликат]

Крайне важно, чтобы сгенерированный код был максимально эффективным.

Еще одно замечание, касающееся вашего примера: вы должны убедиться, что производительность не страдает от передачи аргументов функции по значению. То же самое для возвращаемого значения.

Есть ли способ сделать это, избегая как переменных времени выполнения, так и вспомогательной функции?

Вы можете реализовать вспомогательные функции многократного использования. В качестве примера рассмотрим следующий код.

static_assert(__cplusplus >= 201703L, "example written for C++17 or later");

#include <cstddef>

#include <array>
#include <type_traits>
#include <utility>

namespace detail {

template<std::size_t... inds, class F>
constexpr void gen_inds_impl(std::index_sequence<inds...>, F&& f) {
  f(std::integral_constant<std::size_t, inds>{}...);
}

}// detail

template<std::size_t N, class F>
constexpr void gen_inds(F&& f) {
  detail::gen_inds_impl(std::make_index_sequence<N>{}, std::forward<F>(f));
}

// the code above is reusable

template<
  std::size_t... inds_out,
  class T, std::size_t size_out, std::size_t size_in
>
constexpr std::array<T, size_out> insert1(
  std::array<T, size_out> out,
  std::array<T, size_in> in
) {
  static_assert((... && (inds_out < size_out)));
  static_assert(sizeof...(inds_out) <= size_in);

  gen_inds<sizeof...(inds_out)>([&] (auto... inds_in) {
    ((out[inds_out] = in[inds_in]), ...);
  });

  return out;
}

Аналогичной альтернативой является static_for подход:

static_assert(__cplusplus >= 201703L, "example written for C++17 or later");

#include <cstddef>

#include <array>
#include <type_traits>
#include <utility>

namespace detail {

template<std::size_t... inds, class F>
constexpr void static_for_impl(std::index_sequence<inds...>, F&& f) {
  (f(std::integral_constant<std::size_t, inds>{}), ...);
}

}// detail

template<std::size_t N, class F>
constexpr void static_for(F&& f) {
  detail::static_for_impl(std::make_index_sequence<N>{}, std::forward<F>(f));
}

// the code above is reusable

template<
  std::size_t... inds_out,
  class T, std::size_t size_out, std::size_t size_in
>
constexpr std::array<T, size_out> insert2(
  std::array<T, size_out> out,
  std::array<T, size_in> in
) {
  static_assert(sizeof...(inds_out) >= 1);

  static_assert((... && (inds_out < size_out)));
  static_assert(sizeof...(inds_out) <= size_in);

  constexpr std::size_t N = sizeof...(inds_out);

  static_for<N>([&] (auto n) {
    // note the constexpr
    constexpr std::size_t ind_out = std::array{inds_out...}[n];
    constexpr std::size_t ind_in = n;
    out[ind_out] = in[ind_in];
  });

  return out;
}