C ++ 17中新的基于范围的for循环如何帮助Ranges TS?

时间:2016-08-24 07:46:26

标签: c++ c++11 for-loop c++17

委员会改变了基于范围的for循环:

  • C ++ 11:

    {
       auto && __range = range_expression ; 
       for (auto __begin = begin_expr, __end = end_expr; 
           __begin != __end; ++__begin) { 
           range_declaration = *__begin; 
           loop_statement 
       }
    } 
    
  • 到C ++ 17:

    {        
        auto && __range = range_expression ; 
        auto __begin = begin_expr ;
        auto __end = end_expr ;
        for ( ; __begin != __end; ++__begin) { 
            range_declaration = *__begin; 
            loop_statement 
        } 
    }
    

人们说这将使Ranges TS更容易实现。你能举个例子吗?

2 个答案:

答案 0 :(得分:47)

C ++ 11/14范围 - for过度约束......

WG21的论文是P0184R0,其动机如下:

  

现有的基于范围的for循环过度约束。结束   迭代器永远不会递增,递减或取消引用。要求   它是一个迭代器没有任何实际意义。

从您发布的Standardese中可以看到,范围的end迭代器仅用于循环条件__begin != __end;。因此end只需要与begin相当的平等,并且不需要可解除引用或可递增。

...使分隔的迭代器operator==失真。

这有什么不利之处呢?好吧,如果你有一个哨兵分隔的范围(C字符串,文本行等),那么你必须将循环条件转换为迭代器operator==,基本上就像这样

#include <iostream>

template <char Delim = 0>
struct StringIterator
{
    char const* ptr = nullptr;   

    friend auto operator==(StringIterator lhs, StringIterator rhs) {
        return lhs.ptr ? (rhs.ptr || (*lhs.ptr == Delim)) : (!rhs.ptr || (*rhs.ptr == Delim));
    }

    friend auto operator!=(StringIterator lhs, StringIterator rhs) {
        return !(lhs == rhs);
    }

    auto& operator*()  {        return *ptr;  }
    auto& operator++() { ++ptr; return *this; }
};

template <char Delim = 0>
class StringRange
{
    StringIterator<Delim> it;
public:
    StringRange(char const* ptr) : it{ptr} {}
    auto begin() { return it;                      }
    auto end()   { return StringIterator<Delim>{}; }
};

int main()
{
    // "Hello World", no exclamation mark
    for (auto const& c : StringRange<'!'>{"Hello World!"})
        std::cout << c;
}

Live Example使用g ++ -std = c ++ 14,(assembly使用gcc.godbolt.org)

以上operator== StringIterator<>在其参数中是对称的,并不依赖于范围是begin != end还是end != begin(否则你可以作弊和削减代码一半)。

对于简单的迭代模式,编译器能够优化operator==内的复杂逻辑。实际上,对于上面的例子,operator==被简化为单一的比较。但这会继续适用于范围和过滤器的长管道吗?谁知道。它可能需要英雄的优化级别。

C ++ 17将放宽约束,这将简化定界范围......

那么简化的确切表现在哪里?在operator==中,现在有额外的重载采用迭代器/ sentinel对(在两个顺序中,对称)。因此运行时逻辑变为编译时逻辑。

#include <iostream>

template <char Delim = 0>
struct StringSentinel {};

struct StringIterator
{
    char const* ptr = nullptr;   

    template <char Delim>
    friend auto operator==(StringIterator lhs, StringSentinel<Delim> rhs) {
        return *lhs.ptr == Delim;
    }

    template <char Delim>
    friend auto operator==(StringSentinel<Delim> lhs, StringIterator rhs) {
        return rhs == lhs;
    }

    template <char Delim>
    friend auto operator!=(StringIterator lhs, StringSentinel<Delim> rhs) {
        return !(lhs == rhs);
    }

    template <char Delim>
    friend auto operator!=(StringSentinel<Delim> lhs, StringIterator rhs) {
        return !(lhs == rhs);
    }

    auto& operator*()  {        return *ptr;  }
    auto& operator++() { ++ptr; return *this; }
};

template <char Delim = 0>
class StringRange
{
    StringIterator it;
public:
    StringRange(char const* ptr) : it{ptr} {}
    auto begin() { return it;                      }
    auto end()   { return StringSentinel<Delim>{}; }
};

int main()
{
    // "Hello World", no exclamation mark
    for (auto const& c : StringRange<'!'>{"Hello World!"})
        std::cout << c;
}

Live Example使用g ++ -std = c ++ 1z(assembly使用gcc.godbolt.org,这与前面的例子几乎相同)。

...并且实际上将支持完全一般的,原始的&#34; D-style&#34;范围。

WG21论文N4382有以下建议:

  

C.6范围外观和适配器实用程序[future.facade]

     

1直到它   用户创建自己的迭代器类型变得微不足道   迭代器的潜力仍未实现。范围抽象   使这成就可以实现。使用正确的库组件,它应该是   用户可以定义具有最小接口的范围(例如,   currentdonenext成员),并拥有迭代器类型   自动生成。这样的范围外观类模板保留为   未来的工作。

基本上,这等于D风格范围(这些基元被称为emptyfrontpopFront)。仅包含这些基元的分隔字符串范围将如下所示:

template <char Delim = 0>
class PrimitiveStringRange
{
    char const* ptr;
public:    
    PrimitiveStringRange(char const* c) : ptr{c} {}
    auto& current()    { return *ptr;          }
    auto  done() const { return *ptr == Delim; }
    auto  next()       { ++ptr;                }
};

如果不知道原始范围的基础表示,如何从中提取迭代器?如何使其适应范围 - for可以使用的范围?这是一种方式(另见@EricNiebler的series of blog posts)和@ T.C的评论:

#include <iostream>

// adapt any primitive range with current/done/next to Iterator/Sentinel pair with begin/end
template <class Derived>
struct RangeAdaptor : private Derived
{      
    using Derived::Derived;

    struct Sentinel {};

    struct Iterator
    {
        Derived*  rng;

        friend auto operator==(Iterator it, Sentinel) { return it.rng->done(); }
        friend auto operator==(Sentinel, Iterator it) { return it.rng->done(); }

        friend auto operator!=(Iterator lhs, Sentinel rhs) { return !(lhs == rhs); }
        friend auto operator!=(Sentinel lhs, Iterator rhs) { return !(lhs == rhs); }

        auto& operator*()  {              return rng->current(); }
        auto& operator++() { rng->next(); return *this;          }
    };

    auto begin() { return Iterator{this}; }
    auto end()   { return Sentinel{};     }
};

int main()
{
    // "Hello World", no exclamation mark
    for (auto const& c : RangeAdaptor<PrimitiveStringRange<'!'>>{"Hello World!"})
        std::cout << c;
}

Live Example使用g ++ -std = c ++ 1z(assembly使用gcc.godbolt.org)

结论:哨兵不仅仅是将分隔符按入类型系统的可爱机制,它们通常足以使support primitive "D-style" ranges(它们本身可能没有迭代器的概念)为零 - 用于新C ++ 1z范围的 - 头部抽象 -

答案 1 :(得分:38)

新规范允许__begin__end具有不同的类型,只要__end可以与__begin进行不等式比较。 __end甚至不需要是迭代器,也可以是谓词。这是一个带有定义beginend成员的结构的愚蠢示例,后者是谓词而不是迭代器:

#include <iostream>
#include <string>

// a struct to get the first word of a string

struct FirstWord {
    std::string data;

    // declare a predicate to make ' ' a string ender

    struct EndOfString {
        bool operator()(std::string::iterator it) { return (*it) != '\0' && (*it) != ' '; }
    };

    std::string::iterator begin() { return data.begin(); }
    EndOfString end() { return EndOfString(); }
};

// declare the comparison operator

bool operator!=(std::string::iterator it, FirstWord::EndOfString p) { return p(it); }

// test

int main() {
    for (auto c : {"Hello World !!!"})
        std::cout << c;
    std::cout << std::endl; // print "Hello World !!!"

    for (auto c : FirstWord{"Hello World !!!"}) // works with gcc with C++17 enabled
        std::cout << c;
    std::cout << std::endl; // print "Hello"
}