将原始指针视为基于范围的 for 循环中的范围

Question

对于 for-range 循环语法，如何使原始指针表现得像一个范围。

double five = 5;
double* dptr = &five;
for(int& d : dptr) std::cout << d << std::endl;// will not execute if the pointer is null

动机：

现在，boost::optional（未来的std::optional）值可以被视为一个范围，因此可以在 for range 循环http://faithandbrave.hateblo.jp/entry/2015/01/29/173613 中使用。

当我重写我自己的简化版本时：

namespace boost {
    template <class Optional>
    decltype(auto) begin(Optional& opt) noexcept{
        return opt?&*opt:nullptr;
    }

    template <class Optional>
    decltype(auto) end(Optional& opt) noexcept{
        return opt?std::next(&*opt):nullptr;
    }
}

用作

boost::optional<int> opt = 3;
for (int& x : opt) std::cout << x << std::endl;

在查看该代码时，我想它也可以泛化为原始（可为空）指针。

double five = 5;
double* dptr = &five;
for(int& d : dptr) std::cout << d << std::endl;

而不是通常的if(dptr) std::cout << *dptr << std::endl;。这很好，但我想实现上面的其他语法。

尝试

首先，我尝试使上述Optional 版本的begin 和end 用于指针，但我做不到。所以我决定明确类型并删除所有模板：

namespace std{ // excuse me, this for experimenting only, the namespace can be removed but the effect is the same.
    double* begin(double* opt){
        return opt?&*opt:nullptr;
    }
    double* end(double* opt){
        return opt?std::next(&*opt):nullptr;
    }
}

差不多了，它适用于

for(double* ptr = std::begin(dptr); ptr != std::end(dptr); ++ptr) 
    std::cout << *ptr << std::endl;

但它不适用于 假定等效的 for-range 循环：

for(double& d : dptr) std::cout << d << std::endl;

两个编译器告诉我：error: invalid range expression of type 'double *'; no viable 'begin' function available

发生了什么事？是否有一种编译器魔法禁止范围循环为指针工作。我是否对范围循环语法做出了错误的假设？

具有讽刺意味的是，在标准中，std::begin(T(&arr)[N]) 有一个重载，这非常接近它。

---

请注意一下

是的，这个想法很愚蠢，因为即使可能，这也会非常令人困惑：

double* ptr = new double[10];
for(double& d : ptr){...}

只会遍历第一个元素。一个更清晰、更现实的解决方法是做类似@Yakk 提出的解决方法：

for(double& d : boost::make_optional_ref(ptr)){...}

通过这种方式，很明显我们只迭代了一个元素，并且该元素是可选的。

好的，好的，我回if(ptr) ... use *ptr。

Answer 1

因为基于范围的工作方式是（来自 §6.5.4）：

begin-expr和end-expr确定如下
— 如果_RangeT 是数组类型，[..]
— 如果_RangeT 是类类型，[..]
— 否则，begin-expr 和 end-expr 分别为 begin(__range) 和 end(__range)，其中 begin 和 end 在关联的命名空间 (3.4.2) 中查找。 [注：普通不合格查找（3.4.1） 不执行。 ——尾注]

在这种情况下，关联的命名空间是什么？ （§3.4.2/2，强调我的）：

命名空间和类的集合通过以下方式确定：
(2.1) — 如果T 是基本类型，则其关联的命名空间和类集都是空的。

因此，没有地方可以放置您的double* begin(double*)，这样它就会被基于范围的for 语句调用。

您想要做的解决方法是制作一个简单的包装器：

template <typename T> 
struct PtrWrapper {
    T* p;
    T* begin() const { return p; }
    T* end() const { return p ? p+1 : nullptr; }
};

for (double& d : PtrWrapper<double>{dptr}) { .. }

Answer 2

认为for(:) 循环是通过“在ADL 激活的上下文中调用std::begin 和std::end”来实现的，这是一个有用的谎言。但那是谎言。

该标准本身基本上是并行实现std::begin 和std::end。这可以防止语言的低级结构依赖于自己的库，这似乎是个好主意。

语言对begin 的唯一查找是基于 ADL 的查找。将找不到您的指针 std::begin，除非您是指向 std 中某些内容的指针。 std::begin( T(&)[N} ) 不是由编译器以这种方式找到的，而是由语言硬编码的迭代。

namespace boost {
  template<class T>
  T* begin( optional<T>&o ) {
    return o?std::addressof(*o):nullptr;
  }
  template<class T>
  T* begin( optional<T&>&&o ) {
    return o?std::addressof(*o):nullptr;
  }
  template<class T>
  T const* begin( optional<T> const&o ) {
    return o?std::addressof(*o):nullptr;
  }
  template<class T>
  T* end( optional<T>&o ) {
    return o?std::next(begin(o)):nullptr;
  }
  template<class T>
  T* end( optional<T&>&&o ) {
    return o?std::next(begin(o)):nullptr;
  }
  template<class T>
  T const* end( optional<T> const&o ) {
    return o?std::next(begin(o)):nullptr;
  }
  template<class T>
  boost::optional<T&> as_optional( T* t ) {
    if (t) return *t;
    return {};
  }
}

现在你可以：

void foo(double * d) {
  for(double& x : boost::as_optional(d)) {
    std::cout << x << "\n";
}

无需重复输入double。

请注意，非引用的右值 optional 返回 T const*，而 T& 的右值 optonal 返回 T*。在写作上下文中迭代临时可能是一个错误。

Answer 3

TL;DR

此构造可用于范围 for 循环：

std::views::counted(raw_ptr, !!raw_ptr)

详情

C++20 使用 ranges 库提供了多种创建临时可迭代对象的方法。对于example：

#include <ranges>
#include <iostream>
 
int main()
{
    int a[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
    
    int *raw_ptr = a;
    
    for(int i : std::views::counted(raw_ptr, 10))
        std::cout << i << ' ';
    std::cout << '\n';
    
    for(int i : std::views::counted(raw_ptr, 1))
        std::cout << i << ' ';
    std::cout << '\n';
    
    std::cout << "empty for null pointer pointer\n";
    raw_ptr = nullptr;
    for(int i : std::views::counted(raw_ptr, 0))
        std::cout << i << ' ';
    std::cout << '\n';
    
    std::cout << "Exit\n";
}

打印

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1

empty for null pointer

Exit

std::views::subrange 也可以与 (start, end] 指针一起使用。查看library 了解更多信息。