为什么我不能将此转换后的 directory_iterator 插入向量中？

Question

我正在尝试使用其insert(const_iterator pos, InputIt first, InputIt last) 成员函数模板将转换后的目录条目范围插入向量中。 不幸的是，我无法在 GCC 11.1.0 下编译以下代码，根据 https://en.cppreference.com/w/cpp/compiler_support 应该支持范围。

#include <filesystem>
#include <vector>
#include <ranges>
#include <iterator>

namespace fs = std::filesystem;
namespace ranges = std::ranges;
namespace views = std::views;

// no solution
namespace std {
    template <typename F>
    struct iterator_traits<ranges::transform_view<ranges::ref_view<fs::directory_iterator>, F>> {
        using iterator_category = std::input_iterator_tag;
    };
}

int main() {
    std::vector<fs::path> directory_tree;

    auto subdir = fs::directory_iterator(".");
    ranges::input_range auto subdir_names = subdir
        | views::transform([](const auto& entry) { return entry.path(); /* can be more complex*/ })
        | views::common;
    
    // replacing subdir_names with subdir works
    std::input_iterator auto b = ranges::begin(subdir_names);
    std::input_iterator auto e = ranges::end(subdir_names);
    directory_tree.insert(
        directory_tree.begin(),
        b,
        e
    );
}

错误信息主要是说：

error: no matching function for call to 'std::vector<std::filesystem::__cxx11::path>::insert(std::vector<std::filesystem::__cxx11::path>::iterator, std::ranges::transform_view<std::ranges::ref_view<std::filesystem::__cxx11::directory_iterator>, main()::<lambda(const auto:16&)> >::_Iterator<false>&, std::ranges::transform_view<std::ranges::ref_view<std::filesystem::__cxx11::directory_iterator>, main()::<lambda(const auto:16&)> >::_Iterator<false>&)'

再往下：

error: no type named ‘iterator_category’ in ‘struct std::iterator_traits<std::ranges::transform_view<std::ranges::ref_view<std::filesystem::__cxx11::directory_iterator>, main()::<lambda(const auto:15&)> >::_Iterator<false> >’

我尝试将上述特化添加到std::iterator_traits 以获取相关的迭代器类型，但无济于事。我想了解为什么这不能编译，如果可能的话，如何修复它。我想避免创建临时向量。

如果需要更多 gcc 的错误信息，请告诉我。

Answer 1

fs::directory_iterator 是一个输入范围。这意味着当你通过transform 调整它时，你仍然会得到一个输入范围（自然）。这个转换后的范围的迭代器有一个后缀operator++，它返回void。

这可以说是 C++98 迭代器模型中的一个缺陷，它仍然要求甚至输入迭代器有一个返回原始类型的后缀 operator++。即使这必然是一个悬空操作。在 C++20 迭代器模型中，postfix-increment 可以为输入迭代器返回void。

因此，您返回的转换后的范围（views::common 是无操作的，它已经是 common）是一个 C++20 输入范围（正如您正在验证的那样）但它不是任何类型的 C++98/C++17 范围，因为它的迭代器甚至不满足 Cpp17InputIterator 由于那个后缀增量规则 - 所以它的迭代器甚至不用费心提供iterator_category。

那就是：

directory_tree.insert(directory_tree.begin(), b, e);

失败，因为此函数需要满足 Cpp17InputIterator 的类型，而 b 和 e 不满足。

---

解决方法是：

ranges::copy(subdir_names, std::inserter(directory_tree, directory_tree.begin()));

甚至将这两个步骤结合起来：

ranges::copy(subdir
        | views::transform([](const auto& entry) { return entry.path(); /* can be more complex*/ }),
        std::inserter(directory_tree, directory_tree.begin())
);

在这里，我们只要求源代码范围是 C++20 input_range（就是这样）。

目的是很快你就可以写了：

directory_tree.insert_range(
        directory_tree.begin(),
        subdir
        | views::transform([](const auto& entry) { return entry.path(); }));

但这要等到 C++23。

Answer 2

只是想添加一个替代解决方法。有关问题的解释，请参阅Barry's answer。下面的适配器可用于将迭代器适配到vector::insert的接口。

#include <filesystem>
#include <vector>
#include <ranges>
#include <iterator>

namespace fs = std::filesystem;
namespace ranges = std::ranges;
namespace views = std::views;

template <typename It>
struct insertable_iterator_adapter : It {
    using iterator_category = std::input_iterator_tag;
    using difference_type = std::ptrdiff_t;
    using value_type = std::decay_t<decltype(*std::declval<It>())>;
    using pointer = value_type*;
    using reference = value_type&;
};

int main() {
    std::vector<fs::path> directory_tree;

    auto subdir = fs::directory_iterator(".");
    ranges::input_range auto subdir_names = subdir
        | views::transform([](const auto& entry) { return entry.path(); });

    directory_tree.insert(
        directory_tree.begin(),
        insertable_iterator_adapter{ranges::begin(subdir_names)},
        insertable_iterator_adapter{ranges::end(subdir_names)}
    );
}

虽然我不确定该解决方案适用于多少其他算法。

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编辑： 我不认为使用std::inserter 在

ranges::copy(subdir_names, std::inserter(directory_tree, directory_tree.begin()));

当 directory_tree 已经有值时是一个好主意，因为复杂度是 O(n * k)，其中 n = previous directory_tree.size() 和 k = subdir_names.size()

根据 cppreference vector::insert(const_iterator pos, InputIt first, InputIt last) 是“线性 std::distance(first, last) 加上线性 pos 和容器末端之间的距离”。 range::copy 是“完全（最后 - 第一个）赋值”，其中对 std::insert_iterator 的赋值调用 vector::insert(const_iterator pos, const T& value) ，它是“在 pos 和容器末端之间的距离上是线性的” 这是因为当一次插入一个元素时，向量每次都需要将所有内容都移动一个。

另一方面，vector::insert(const_iterator pos, InputIt first, InputIt last) 是“std::distance(first, last) 中的线性加上 pos 和容器末端之间的距离的线性”或 O( k + n)。

具有相同 O(k + n) 复杂度的另一种选择是

ranges::copy(subdir_names, std::back_inserter(directory_tree));
std::rotate(
  ranges::begin(directory_tree),
  ranges::begin(directory_tree) + previous_size,
  ranges::end(directory_tree)
);

如果您的向量之前为空，则三个选项之间没有复杂性差异，但也没有理由插入而不是 push_back。

Benchmark 强调复杂性问题。

对我来说，带有适配器的选项是最清晰的，并且具有很好的复杂性。如果您知道如何为 Cpp17InputIterator 编写更通用（更好）的适配器，请告诉我。