为什么`std::ranges::clamp`如此严格地限制投影的数量？答案

【问题标题】：Why does `std::ranges::clamp` limits the number of projections so strictly?为什么`std::ranges::clamp`如此严格地限制投影的数量？
【发布时间】：2021-05-01 15:43:08
【问题描述】：

根据[alg.clamp#5]，std::ranges::clamp 的时间复杂度最多需要 2 次比较和 3 应用预测。 cppreference 中的可能实现方式如下：

struct clamp_fn {
  template<class T, class Proj = std::identity,
           std::indirect_strict_weak_order<std::projected<const T*, Proj>> Comp = ranges::less>
  constexpr const T& operator()(const T& v, const T& lo, const T& hi,
                                Comp comp = {}, Proj proj = {}) const
  {
      assert(!std::invoke(comp, std::invoke(proj, hi), std::invoke(proj, lo)));
      return  std::invoke(comp, std::invoke(proj,  v), std::invoke(proj, lo)) ? lo
            : std::invoke(comp, std::invoke(proj, hi), std::invoke(proj,  v)) ? hi : v;
  }
};
 
inline constexpr clamp_fn clamp;

这显然不符合要求，因为它涉及3次比较和6预测。即使我们注释掉assert，投影的数量仍然是4，因为std::invoke(proj, v)被执行了两次。

我能想到的唯一方法是暂时存储std::invoke(proj, v) 的结果，然后将其传递给接下来的两个comp 调用，就像libstdc++ 所做的那样：

auto&& __proj_val = std::__invoke(__proj, __val);
if (std::__invoke(__comp, __proj_val, std::__invoke(__proj, __lo)))
  return __lo;
else if (std::__invoke(__comp, std::__invoke(__proj, __hi), __proj_val))
  return __hi;
else
  return __val;

但是为了安全，我们似乎无法在第一个comp调用中使用std::forward<decltype(__proj_val)>(__proj_val)来完善转发__proj_val，也就是说我们似乎无法使用只有3个 对完美的预测实现了std::ranges::clamp。

为什么std::ranges::clamp 如此严格地限制投影数量？这是否意味着需要临时存储投影结果以满足复杂性要求？还是我对这种复杂性要求的理解有误？

【问题讨论】：

标签： c++ time-complexity c++20 std-ranges

【解决方案1】：

这是非常有意的。我在布拉格的 LWG 审查论文期间特别询问了这个复杂性要求，因为它禁止“明显”的实施。是的，这需要实现调用该值的投影并使用auto&& 或等效项“将结果悬空”。

它还需要完美地转发预计值（libstdc++ 无法做到这一点）。这是有效的，因为invoke 表达式需要不修改其参数（来自regular_invocable 的要求），并且因为indirect_strict_weak_order 中的任何内容都不需要iter_reference_t<I1>& 的可调用性，只有iter_reference_t<I1> 和@987654327 @。

【讨论】：

等等，标准要求你（假设项目返回一个值）初始化一个值一次，然后在这里移动两次？还是我误会了？
@Yakk-AdamNevraumont 我认为如果返回类型是 cv-unqualified，你可以不移动它（因为在这种情况下 projected 它与值类型相同，我们确实需要iter_value_t& 工作）。但是，如果投影产生const T，那么比较只需要支持T 左值和const T 右值，而无需移动，您将使用const T 左值调用。在任何情况下，比较都需要不修改它的参数，即使所述参数是右值，所以移动它两次是安全的。
如果比较按值进行，则在移动构造函数中导致修改的是调用代码，而不是比较。
是invoke表达式，要求不修改。由于invoke 始终采用引用，因此任何修改都发生在该表达式内。
有没有一个投影和谓词的例子证明如果不将std::forward应用于存储的临时，谓词确实是不可调用的？我尝试了投影的 cv-ref 返回值的所有组合，但是所有它们都可以调用正确的谓词（当它们满足要求时）。你能帮我找到这样的例子吗？

【解决方案2】：

转发是有条件的移动。移动的意思是“我不再需要这个值了”。仅重新计算一个值以便我们可以更频繁地移动它是愚蠢的；我们的选择是创建 2 并移动两者，或者创建 1，使用它，然后在完成后移动它。

【讨论】：