c++ - 具有复杂值类型 : confusion with value_type and reference 的迭代器

Question

我想创建一个自定义迭代器包装器，例如 enumerate : 给定一对类型为 T 的迭代器, 它会返回一个类型为 std::pair<const int, T&> 的可迭代对象，其中该对的第一个元素将取值 0、1、2，依此类推。

我无法确定应该是什么 value_type和 reference我的迭代器。我想支持两种行为:

首先，引用底层序列的值:

for (auto& kv: enumerate(my_vec)) {
    kv.second = kv.first;
}

(类似于 std::iota )；

其次，复制值:

std::vector<int> a{10, 20, 30};
auto copy = *enumerate(a).begin();
a[0] = 15;
std::cout << copy.first << " " << copy.second; // 0 10

我很困惑 Iterator::operator*() 的返回类型应该是什么.如果是std::pair<const int, T&>那么在第二个示例中，值将不会被复制。如果是std::pair<const int, T>那么在第一个示例中，不可能引用基础值。我应该做什么，应该是什么value_type , reference和 pointer这种迭代器的类型定义？

这是我尝试实现它的尝试。支持引用，不支持复制。

template<typename T>
struct Iterator {
    using TT = typename std::iterator_traits<T>::value_type;

    using value_type = std::pair<const int, TT>;
    using reference = std::pair<const int&, typename std::iterator_traits<T>::reference>;
    using pointer = value_type*;
    using iterator_category = std::forward_iterator_tag;
    using difference_type = std::ptrdiff_t;

    std::pair<int, T> it;
    Iterator(T iterator) : it(0, iterator) {}
    bool operator==(const Iterator& other) const { return it.second == other.it.second; }
    bool operator!=(const Iterator& other) const { return it.second != other.it.second; }
    reference operator*() { return { it.first, *it.second }; }
    Iterator& operator++() { ++it.first; ++it.second; return *this; }
};

附言我刚刚检查过，boost::adaptors::index 遇到同样的问题并且没有复制值。

Answer 1

这个问题和std::vector<bool>的问题类似，你想提供一个代理，它的行为就像一个引用，但也支持值语义。

但不同的是，所涉及的类型不受限制，涉及两个引用，并且会弹出各种毛羽。以下是部分实现，它说明了您遇到的一些问题

#include<iterator>
#include<functional>

template<typename F, typename S, bool defined = true>
struct sfinae_difference_type {};

template<typename F, typename S>
struct sfinae_difference_type<F, S, 
        std::is_same_v<typename std::iterator_traits<F>::difference_type, 
                       typename std::iterator_traits<S>::difference_type>>
{
    using difference_type = typename std::iterator_traits<F>::difference_type;
};

template<typename F, typename S>
class pair_iterator : sfinae_difference_type<F, S>
{
    using Fvalue_type = typename std::iterator_traits<F>::value_type;
    using Svalue_type = typename std::iterator_traits<S>::value_type;
    using Freference = typename std::iterator_traits<F>::reference;
    using Sreference = typename std::iterator_traits<S>::reference;

    F f;
    S s;

public:
    using value_type = std::pair<Fvalue_type, Svalue_type>;

    struct reference
    {
        Freference first;
        Sreference second;

        reference() = delete;
        reference(const reference& other) : first{other.first}, second{other.second} {} 
        reference& operator=(const reference& rhs)
        {
            first = rhs.first;
            second = rhs.second;
            return *this;
        }
        operator value_type() { return {f, s}; }

    private:
        reference(Freference f, Sreference s) : first{f}, second{s} {}
        friend pair_iterator;
    };

    struct pointer
    {
        // similar to reference
    };

    pair_iterator() = default;
    pair_iterator(const pair_iterator&) = default;
    pair_iterator(F f, S s) : f{f}, s{s} {}
    pair_iterator& operator++() { ++f; ++s; return *this; }
    reference operator*() { return {*f, *s}; }
    pointer operator->() { return {f.operator->(), s.operator->()}; }
    bool operator==(const pair_iterator& other)
    {
        return f == other.f && s == other.s;
    }
};

然后您将其用作

#include<vector>
#include<list>
#include<iostream>

int main()
{
    std::vector v{1, 2, 3, 4, 5};
    std::list l{6, 7, 8, 9, 10};
    pair_iterator begin{v.begin(), l.begin()}, end{v.end(), l.end()};
    for(; begin != end; ++begin)
        std::cout << begin->first << ' ' << begin->second << '\n';
}

Live

一些立即显而易见的问题:

1. 实现很乏味。拥有 sfinae 友好的类型别名和适当的代理需要大量的样板。
2. 代理的语义可能令人困惑。什么是复制/分配一个 reference另一个意思？什么是 auto is_this_a_copy = *it应该做什么？
3. 平等是什么意思？两个内部迭代器是否必须相等才能相等？这打破了与结束迭代器的比较。

所有这些都必须敲定才能使其发挥作用，而且没有一个简单的答案。