【问题标题】:How to support range adaptors in custom container?如何在自定义容器中支持范围适配器?
【发布时间】:2021-05-01 07:04:22
【问题描述】:

我创建了一个名为 goldbox 的自定义容器,它只包含算术类型,并且我还实现了 beginend 成员函数来迭代元素。

我的完整源代码:

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <initializer_list>
#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <ranges>

template <typename T>
concept Arithmetic = std::is_arithmetic_v<T>;

template <Arithmetic T = int>
class goldbox {
private:
    template <Arithmetic Base_t>
    struct Node {
        Base_t data;
        Node<Base_t>* prev;
        Node<Base_t>* next;
    };
    Node<T>* head;
    Node<T>* current_node;

    Node<T>*& __at_node(size_t index) {
        auto temp = head;
        size_t count {0};

        while (count < index) {
            temp = temp->next;
            count++;
        }
        current_node = temp;

        return current_node;
    }

    Node<T>*& __get_tail() {
        return __at_node(length() - 1);
    }

public:
    using value_type = T;

    goldbox() : head{nullptr}, current_node{nullptr} {}
    goldbox(std::initializer_list<T>&& list_arg) : goldbox() {
        decltype(auto) list_1 = std::forward<decltype(list_arg)>(list_arg);
        T temp[list_1.size()];
        std::copy(list_1.begin(), list_1.end(), temp);
        std::reverse(temp, temp + list_1.size());
        for (const auto& elem : temp)
            push_front(elem);
    }

    class iterator {
        private:
        Node<T>* node;
    public:
        iterator(Node<T>* arg) noexcept : node{arg} {}

        iterator& operator=(Node<T>* arg) {
            node = arg;
            return *this;
        }

        iterator operator++() {
            if (node)
                node = node->next;
            return *this;
        }

        iterator operator++(int) {
            iterator iter = *this;
            ++(*this);
            return iter;
        }

        iterator operator--() {
            if (node)
                node = node->prev;
            return *this;
        }

        iterator operator--(int) {
            iterator iter = *this;
            --(*this);
            return iter;
        }

        bool operator==(const iterator& other) {
            return (node == other.node);
        }

        bool operator!=(const iterator& other) {
            return (node != other.node);
        }

        T& operator*() {
            return node->data;
        }
    };

    iterator begin() {
        return iterator{head};
    }

    iterator end() {
        return iterator{nullptr};
    }

    size_t length() const {
        auto temp = head;
        size_t count {0};
        while (temp != nullptr) {
            ++count;
            temp = temp->next;
        }
        return count;
    }

    goldbox& push_front(T arg) {
        auto new_node = new Node<T>;

        new_node->data = arg;
        new_node->prev = nullptr;
        new_node->next = head;

        if (head != nullptr)
            head->prev = new_node;

        head = new_node;
        return *this;
    }

    goldbox& push_back(T arg) {
        auto new_node = new Node<T>;
        auto last = head;

        new_node->data = arg;
        new_node->next = nullptr;

        if (head == nullptr){
            new_node->prev = nullptr;
            head = new_node;
            return *this;
        }

        while (last->next != nullptr)
            last = last->next;
        last->next = new_node;
        new_node->prev = last;

        return *this;
    }

    goldbox& clear() {
        auto temp = head;
        Node<T>* next_temp;

        while (temp != nullptr) {
            next_temp = temp->next;
            delete temp;
            temp = next_temp;
        }

        head = nullptr;

        return *this;
    }

    goldbox& pop_back() {
        if (head != nullptr) {
            if (length() != 1) {
                delete std::move(__get_tail());
                __at_node(length() - 2)->next = nullptr;
            } else {
                this->clear();
            }
        }
        return *this;
    }

    goldbox& pop_front() {
        if (head != nullptr) {
            auto temp = head;
            head = head->next;
            delete temp;
        }
        return *this;
    }
};

int main() {
    goldbox goldbox_1 {2, 3, 5, 6, 7, 9};
    goldbox goldbox_2;

    for (const auto& elem : goldbox_1) {
        std::cout << elem << ' ';
    } std::cout << '\n';

    std::transform(goldbox_1.begin(), goldbox_1.end(), 
                   std::back_inserter(goldbox_2),
                   [](auto x){return 2 * x - 1; }
    );

    for (const auto& elem : goldbox_2) {
        std::cout << elem << ' ';
    } std::cout << '\n';

    return 0;
}

输出:

2 3 5 6 7 9
3 5 9 11 13 17

但我想使用范围来使用它,这样我就不必创建新实例了。

一旦我在基于范围的 for 循环中应用了 goldbox

for (const auto& elem: goldbox_1 | std::ranges::views::transform([](auto x){return 2 * x - 1;})) {
     std::cout << elem << ' ';
} std::cout << '\n';

因为我没有提供operator|,所以它会引发错误。

如果我使用非管道语法:

for (const auto& elem: std::ranges::views::transform(goldbox_1, [](auto x){return x + 1;})) {
     std::cout << elem << ' ';
} std::cout << '\n';

它仍然会抛出 beginend 都没有在作用域中声明的错误。

【问题讨论】:

  • 我有点好奇您制作自己的容器的原因?虽然做几次可能是一个很好的练习,但大多数情况下,标准容器应该足以满足大多数情况。
  • 是的,我复制了标准容器用法,例如双向链表,但这并不意味着我会将其应用于项目,而只是作为练习。
  • 至于你的问题,如果迭代器是正确的,你不应该做任何事情。任何可迭代容器(带有beginend 成员函数和正确实现的迭代器)都可以按原样使用。请尝试创建一个minimal reproducible example 向我们展示,并在问题中包含完整和完整的构建输出。
  • 保留双下划线开头的标识符
  • 请不要添加解决您最初提出的问题的更新,因为这会使现有答案无效。如果您有解决方案,请继续添加答案。如果您有现有答案未解决的新问题,请继续发布新问题。

标签: c++ c++20 std-ranges


【解决方案1】:

TLDR

你的类不满足std::ranges::input_range,因为你的迭代器不满足std::ranges::input_iterator。在您的迭代器类中,您需要:

  • 添加默认构造函数
  • 添加公开difference_type别名
  • 使预递增和递减运算符返回一个引用
  • 添加差分算子
  • 使operator== const
  • 添加公开value_type别名
  • 添加T&amp; operator*() const

它仍然会抛出一个错误,即 begin 和 end 都没有在作用域中声明。

我不知道您使用的编译器会给出这种误导性错误消息。如果你用 gcc 编译,你会得到正确的错误诊断:

注意:所需的表达式 'std::ranges::__cust::begin(__t)' 是 无效

  581 |         ranges::begin(__t);
      |         ~~~~~~~~~~~~~^~~~~

cc1plus:注意:将 '-fconcepts-diagnostics-depth=' 设置为至少 2 以获得更多详细信息

设置更高的-fconcepts-diagnostics-depth=我们可以看到根本原因:

注意:不满足析取的操作数

  114 |         requires is_array_v<remove_reference_t<_Tp>> || __member_begin<_Tp>
      |                  ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  115 |           || __adl_begin<_Tp>
      |           ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~

你的容器不是一个数组,你没有使用 adl begin 而是 member begin 所以我们需要看看为什么你的类不满足 __member_begin:

注意:'std::__detail::__decay_copy(__t.begin())' 不满足 返回类型要求,因为

  939 |           { __detail::__decay_copy(__t.begin()) } -> input_or_output_iterator;
      |             ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~

问题是你的迭代器类实际上不是一个合适的迭代器。让我们看看为什么:

注意:表达式 'is_constructible_v<_tp _args ...> [with _Tp = 金盒::迭代器; _Args = {}]' 评估为“假”

  139 |       = destructible<_Tp> && is_constructible_v<_Tp, _Args...>;
      |                              ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

第一个修复是让你的迭代器默认可构造。这样做然后重新编译,我们看到您的类进一步不满足迭代器的概念:

注意:所需类型 'std::iter_difference_t<_iter>' 无效, 因为

  601 |         typename iter_difference_t<_Iter>;
      |         ~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

注意:'++ __i' 不满足返回类型要求,因为

  603 |         { ++__i } -> same_as<_Iter&>;
      |           ^~~~~

您需要添加difference_type公共别名并使预递增和预递减运算符返回对迭代器的引用。

修复此问题然后重新编译,我们发现您的类进一步不满足迭代器的概念:

注意:'std::__detail::__decay_copy(__t.end())' 不满足 返回类型要求,因为

  136 |           { __decay_copy(__t.end()) }
      |             ~~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~

错误:推导的表达式类型不满足占位符 约束

  136 |           { __decay_copy(__t.end()) }
      |           ~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  137 |             -> sentinel_for<decltype(_Begin{}(std::forward<_Tp>(__t)))>;
      |             ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

注意:所需的表达式 '(__t == __u)' 无效,因为

  282 |           { __t == __u } -> __boolean_testable;
      |             ~~~~^~~~~~

这意味着begin()返回的迭代器与end返回的迭代器不可比。向下查看诊断深度,您可以看到您的 operator== 未被考虑,因为它不是 const。

修复此问题然后重新编译,我们发现您的类进一步不满足 input_iterator 的概念:

注意:所需的类型 'std::iter_value_t<_in>' 无效,因为

  514 |         typename iter_value_t<_In>;
      |         ~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~

通过添加公共value_type 别名来解决此问题。

下一步:

注意:嵌套需求 'same_as<:iter_reference_t std::iter_reference_t> >' 不满足,因为

  517 |         requires same_as<iter_reference_t<const _In>,
      |         ~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  518 |                          iter_reference_t<_In>>;
      |                          ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

这意味着operator* 应该为iteratorconst iterator 返回相同的引用类型。这可以通过添加一个 const operator* 来解决:

T& operator*();
T& operator*() const;

现在所有编译错误都已修复,两个版本(管道和非管道)都可以编译。请注意我已经修复了编译错误,没有检查你的语义。

【讨论】:

  • 我很难重新检查源代码中的错误。当你总结你的答案时,它让我放心,现在它最终编译没有任何错误。太感谢了!
  • 你不需要定义operator-,只需要定义一个成员difference_type
  • 对于后代,请注意声明“第一个修复是使您的迭代器默认可构造”今天是正确的,但被认为是标准中的错误,此要求将最终被解除。请参阅open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2021/p2325r3.html,其中讨论了weakly_incrementable 概念,以及en.cppreference.com/w/cpp/iterator/weakly_incrementable
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