std::next 与 n > std::distance(it, c.end())答案

【问题标题】：std::next with n > std::distance(it, c.end())std::next 与 n > std::distance(it, c.end())
【发布时间】：2016-11-13 07:39:19
【问题描述】：

我不想使用std::distance，因为它会计算从我的迭代器到结尾的整个距离。但是我需要确保从迭代器到最后我有 N 个或更多元素。所以我正在使用下一个代码：

if (std::next(it, n) != c.end()) // c is a std::multimap
{
    /// my logic
}

一切都很好，可以使用我的编译器 (g++ (GCC) 4.8.3 20140911 (Red Hat 4.8.3-9))，但我有疑问。在文档（cpprefenece.com && cplusplus.com）中，我找不到有关n > std::distance(it , c.end()) 时的案例或任何其他例外情况的任何信息。所以。我的代码安全吗？或者我应该写我自己的nextIfPossible？

【问题讨论】：

我想说不要依赖std::next，尽管libstd++ 上*map 的实现目前可以根据您的需要工作。但在std::vector 的情况下，这同样行不通。由于跨容器的行为不相同，因此您不应依赖它。
只要你保证容器中至少有 n 元素，我觉得没问题。

标签： c++ c++11 stl

【解决方案1】：

根据标准§24.4.4/p3 & p6 迭代器操作 [iterator.operations]（Emphasis Mine）：

template <class InputIterator, class Distance>
constexpr void advance(InputIterator& i, Distance n);
² 要求：n 应为负数，仅适用于双向和随机访问迭代器。

³效果：递增（或负 n 递减）迭代器通过 n 引用 i。
template <class InputIterator>
constexpr InputIterator next(InputIterator x,
typename std::iterator_traits<InputIterator>::difference_type n = 1);
⁶效果：相当于：advance(x, n); return x;

因此，没有边界检查，因此如果输入 n 大于 std::distance(it , c.end())，您可能会导致未定义的行为。

【讨论】：

【解决方案2】：

如果distance(it, c.end()) 小于n，next(it, n) 是未定义的行为。

[C++14: 5.7/5] 如果指针操作数和结果都指向同一个数组对象的元素，或者超过数组对象的最后一个元素，则计算不会产生溢出；否则，行为未定义。

你必须写一个nextIfPossible，否则你的代码是未定义的。也就是说，由于我猜这是一个随机访问迭代器，你会发现在必须执行边界检查的情况下，使用索引进行基准测试比使用迭代器更快：https://stackoverflow.com/a/37299761/2642059

所以我建议不要使用迭代器或nextIfPossible，而只是使用索引并根据大小检查它。

【讨论】：

请注意，您在该帖子上接受了答案，它实际上是在谈论指针而不是迭代器。我仍然不确定我是否看到了证明 end() + 1 未定义的内容。
@NathanOliver 迭代器也是非法的，您可以在Ben Voigt's excellent answer 中找到我的第一个链接问题。但是这里复制的材料太多了。
我仍然认为这不能证明什么。一方面，他说对于迭代器，一般不禁止递增超过“结束”（one-past-the-last-element），但对于大多数各种迭代器来说，它是被禁止的和对于另一件事，AFAIK 没有任何实际表明结束迭代器不可取消引用的内容。有一句引述标准从不假设它是，但恕我直言，这还不够。
@NathanOliver：在末尾递增是不安全的。对于某些迭代器（例如无限生成器），通过递增甚至不可能到达终点，这就是为什么没有普遍禁止的原因。对于其他可能到达末尾的情况，增量运算符的前提条件是迭代器当前位于末尾之前。
@Nathan UB 意味着实现可以分配有效的行为，但不是必须的，实现定义的意味着每个实现都必须接受它，但标准让实现可以选择行为。这是第一类——实现不需要提供任何关于在结束后取消引用迭代器的保证。

【解决方案3】：

libstd++ 中的 RB_Tree::iterator 增量运算符的实现确保它不会将迭代器返回到未定义的内存位置：

static _Rb_tree_node_base*
  local_Rb_tree_increment(_Rb_tree_node_base* __x) throw ()
  {
    if (__x->_M_right != 0)
      {
        __x = __x->_M_right;
        while (__x->_M_left != 0)
          __x = __x->_M_left;
      }
    else
      {
        _Rb_tree_node_base* __y = __x->_M_parent;
        while (__x == __y->_M_right)
          {
            __x = __y;
            __y = __y->_M_parent;
          }
        if (__x->_M_right != __y)
          __x = __y;
      }
    return __x;
  }

但std::vector却不是这样：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <iterator>

int main() {
  std::vector<int> vec = {1,2};
  auto it = vec.begin();
  it = std::next(it, 5);
  if (it != vec.end()) {
    std::cout << "Not end..go on" << std::endl;
  }
  return 0;
}

这将继续打印消息..

因此，由于跨容器的行为不同，您不应该依赖 std::next 来获取基于 map 的容器的当前正确行为。

【讨论】：