如何编写一个以通用方式获取迭代器或集合的函数？

Question

在过去 8 年左右的时间里，我几乎完全是一名 Java 程序员，最近我又开始使用 C++。这是我遇到的关于 C++ STL 和 Java 中的迭代器的问题。

在 Java 中，您可以编写一个接受迭代器的方法，如下所示：

void someMethod(Iterator<String> data) {
    // ...
}

您传入一个Iterator，该方法不需要知道该迭代器的底层集合是什么，这很好。

在 C++ 中，没有通用的迭代器基类（据我所知）。我必须写一个这样的函数：

void some_function(std::vector<std::string>::const_iterator data) {
    // ...
}

换句话说，some_function 知道迭代器是 vector 上的迭代器。这不好，因为无论迭代器的底层集合是什么，我都希望函数能够工作。

如何在 C++ 中做到这一点？如果真的不可能，那么在 C++ 中创建一个将集合作为参数的函数的最佳方法是什么，但不需要知道集合的确切类型是什么？

附录

感谢您的回答。除了答案之外，我在The C++ Standard Library: A Tutorial and Reference （作者 Nicolai M. Josuttis）一书的第 7.5 段（迭代器特征）中找到了一些很好的信息。第 7.5.1 段解释了如何为不同的迭代器类别编写专门的函数版本。

Answer 1

您可能想要考虑一个函数模板。看看std<algorithm> 的一些函数模板是如何工作的，例如std::for_each。

例如

template< class Iterator >
void some_function( Iterator first, Iterator last )
{
    // ...
}

然后您可以调用从该模板生成的具有多种可迭代范围的函数。

例如

std::vector< double > my_doubles;
// ... populate doubles
some_function( my_doubles.begin(), my_doubles.end() );


std::set< Custom > my_custom_class_set;
// ... populate ...
some_function( my_custom_class_set.begin(), my_custom_class_set.end() );

int raw_array[50];
// ... populate ...
some_function( raw_array, raw_array + 50 );

Answer 2

最好通过命名约定来指示迭代器的种类，以及迭代器需要拥有的属性种类。以下是迭代器的一些常见命名约定：

模板 void foo_iterator（迭代器开始，迭代器结束） { typedef typename std::iterator_traits::value_type T; …… } 模板 void foo_random_iterator（RandomIterator 开始，RandomIterator 结束） { typedef typename std::iterator_traits::value_type T; …… } 模板 void foo_forward_iterator（ForwardIterator 开始，ForwardIterator 结束） { typedef typename std::iterator_traits::value_type T; …… } 模板 void foo_forward_iterator（ReverseIterator 开始，ReverseIterator 结束） { typedef typename std::iterator_traits::value_type T; …… } 模板 void foo_input_iterator（InputIterator 开始，InputIterator 结束） { typedef typename std::iterator_traits::value_type T; …… } 模板 void foo_output_iterator(OutputIterator out) { // 我们没有类型 T，因为我们不能“总是” // 知道类型，因为这种类型的迭代器是一个接收器。 …… }

以下是序列类型容器的通用定义，包括vector和deque。

模板 类序列> 内联 void foo_sequence(Sequence& 序列) { …… }

Answer 3

这是 C++ 和 Java 之间最大差异之一的示例。 Java 唯一的抽象工具是运行时多态性（接口和抽象类）。在 C++ 中，您不限于此。您可以为类型创建别名并让类具有其他关联/嵌套类型。在许多情况下，它可以让您摆脱运行时多态性。编译时类型的泛型具有非常快的优点（没有虚函数调用，内联可能性）。此外，当您没有垃圾收集器时，它可以简化生命周期管理。您可以简单地在堆栈上创建对象。

这是一个（未经测试的）示例：

template<typename Iter>
typename std::iterator_traits<Iter>::value_type
sum(Iter begin, Iter end) {
   typedef typename std::iterator_traits<Iter>::value_type vt;
   vt accum = vt();
   while (begin!=end) {
      accum += *begin;
      ++begin;
   }
   return accum;
}

在这里，“Iter”只是一个名称。它实际上并没有对类型施加任何约束。如果您想使用不是迭代器的类型（至少在结构意义上）实例化此模板，您将收到编译时错误（编译时鸭子类型）。因此，您的部分工作是记录您期望的类型。这通常通过选择模板参数（即 ForwardIterator）和 cmets 的一些描述性名称来完成。

我还应该提到，如果您将此函数模板与不同种类的迭代器一起使用，则多个“求和”函数将被“实例化”。如果您不想要这种代码重复和/或真的需要运行时多态性，您可以应用一种称为“类型擦除”的技术。但是，迭代器的类型擦除不是标准库的一部分。此外，我从未觉得有必要将这种技术应用于迭代器。但是你会发现在 boost::any 和 boost::function 等其他库中使用类型擦除。

您可以使用其他一些模板技巧来区分不同的迭代器类别（请参阅“标签调度”）或约束您的函数模板（请参阅“SFINAE”）。如果您对类型擦除感兴趣，请尝试使用谷歌搜索 c++、类型擦除、迭代器。您基本上创建了一个管理多态对象的句柄类（通过指针）。这个多态对象包装了一些您想要“擦除”（隐藏）其类型的其他对象。

Answer 4

您可以使用header file 并指定迭代器必须支持的最低要求。

所以在上面的例子中，你可能想这样重写函数：

template<typename T>
void some_function(std::forward_iterator<T> data) {
   ...
}

对于需要能够仅通过集合向前移动迭代器 (++) 的东西。