C++ 连续序列概念答案

【问题标题】：C++ Contiguous Sequence ConceptC++ 连续序列概念
【发布时间】：2013-03-03 17:53:21
【问题描述】：

C++ 标准库提供了多种“概念”，用于指定容器对象的接口。例如，std::vector 实现了Container、Sequence、RandomAccessContainer 和ReversibleContainer 概念。

是否有一个在 C++03 或 C++11 中指定的概念，它描述了一个 Sequence，它保证了元素之间的连续内存，因此：

static_cast<void*>(&some_sequence[N]) == static_cast<void*>(&some_sequence[0] + N)>

这将是一个有用的概念，因为它告诉您是否可以将 Container 与任何需要连续内存缓冲区的函数一起使用，例如 std::istream::read。

我知道，在实践中，只有 std::vector（我认为仅在 C++11 中的 std::string）实际上保证了底层的连续缓冲区 - 但这种保证是 std::vector 独有的还是有一个定义的“概念”表示提供连续内存的通用Sequence 类？

【问题讨论】：

据我所知，没有这个概念。 std::vector、std::string 和 std::array 只是在 [0, c.size()) 中具有 c.data() + i == &c[i] for i 的不变量。
@Xeo：对。没有概念，只是要求元素（或char_types）“连续存储”。
@Xeo 别忘了std::valarray :)
@Mihai：哈哈，被遗忘的兄弟。
我认为答案是否定的。 RandomAccess 可能是最接近的，但 std::deque 是明显的反例。

标签： c++ c++11 containers std language-lawyer

【解决方案1】：

“连续容器”在 C++17 中指定。来自$23.2.1/13 General container requirements [container.requirements.general]：

连续容器是支持随机访问迭代器 ([random.access.iterators]) 并且其成员类型 iterator 和 const_iterator 是连续迭代器 ([iterator.requirements.general]) 的容器。

关于“连续迭代器”，$24.2.1/5 In general [iterator.requirements.general]：

进一步满足以下要求的迭代器，对于整数值 n 和可解引用的迭代器值 a 和 (a + n)，*(a + n) 等价于 *(addressof(*a) + n)，称为连续迭代器。

std::vector（std::vector<bool> 除外）、std::array 和 std::basic_string 是连续容器。

【讨论】：

不错。是否明确说明了哪些容器是连续的？我认为std::valarray 和plain 应该在列表中。普通数组呢？
@JohanLundberg 我尝试搜索标准，似乎只有我的答案中提到的 3 个容器是“连续容器”。 std::valarray 和普通数组不是“连续容器”，因为它们是“连续”而不是“容器”。

【解决方案2】：

我发现自己必须多次识别满足此功能的类型。我不知道发明这样一个特殊的“概念”是否优雅（想象它是一个涉及记忆的概念，不是很抽象），但我同意这样的东西会有用。

同时为了实用并将此概念/要求转换为纯语法要求，让我们倒退。如果我们将自己限制在标准中，那么保证（或几乎保证）连续性的类是什么？按相关性排序：

std::vector<T>
T[N] // !!
std::array<T, N>
std::string
std::initializer_list<T>
std::valarray<T>

在所有这些中，std::vector、std::array、std::string 有一个名为 .data() 的成员函数。所以，如果这对你来说足够了，可以依靠成员 .data() -> T* 的存在来指示连续内存。

你有两个选择：

1) 如果类型不连续，请努力使用成员函数.data() 来引发语法错误。（如果您将 t[0] 替换为 *t.data()，则不难）

2) 在.data() 上使用某种 SFINAE。

template<class ContiguousSequence, typename = decltype(std::declval<ContigiousSequence>().data())>
void fun(ContiguousSequence&& s){...} // this function will only work with contiguous data

此外，C++17 具有std::data，它可以将其推广到所有具有.data() 的类型，另外还有T[N] 和std::initializer_list<T> 的重载。因此，您可以将....data() 替换为上面的std::data(...)。

结论，我认为这是一个很好的约定是如果一个类型有一个 data 函数（或 C++11 中的 .data()）返回一个指向值类型的指针，那么元素是连续的。

（好吧，std::valarray<T> 怎么样？它不起作用，除非你重载 std::data(std::valarray<T>&)。但是谁使用std::valarray？我认为这是一个相当废弃的 C++ 角落）

最后，请注意例如std::map 和不太明显的std::deque 没有.data()（或std::data(...)）函数。 boost::multi_array<..., N> 有一个 .data() 成员并返回一个指向数组元素的指针，不清楚这是否是您想要的意义上的连续序列（因为顺序不明显），但在某种意义上它也是一个连续分配内存。

编辑： 目前有两个提案解决了这个问题（但在迭代器级别）http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2014/n3884.pdf http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2014/n4284.html

【讨论】：

【解决方案3】：

从 C++03 开始，只有 std::vector 保证 (23.2.4.1)：

向量的元素被存储连续的，这意味着如果 v 是向量，其中 T 是一些类型不是 bool，那么它服从恒等式 &v[n] == &v[0] + n 为所有 0

C++11 添加了 std::array，它是固定大小数组的包装器，并且也具有相同的属性。我认为没有办法知道任何容器是否具有此类属性。

【讨论】：