std::forward_iterator_tag的作用是什么

What is the role of std::forward_iterator_tag?

本文关键字：作用 是什么 iterator forward std tag      更新时间：2023-10-16

在分析应用程序时，我偶然发现了gcc 4.7.1附带的标准库实现。它是include/g++-v4/bits/vector.tcc:

template<typename _Tp, typename _Alloc>
template<typename _ForwardIterator>
  void
  vector<_Tp, _Alloc>::
    _M_range_insert(iterator __position, _ForwardIterator __first,
          _ForwardIterator __last, std::forward_iterator_tag)
  {
     …
  }

我注意到函数签名的最后一个参数只是一个标记，我开始怀疑它为什么在这里。快速浏览此页面可以发现std::forward_iterator_tag是一个空结构。它在这里的作用是什么？很明显，它对函数没有用处，而且可能会浪费寄存器或堆栈上的一些空间。那为什么呢？

简而言之：标签用于重载和优化

以一个简单的advance为例，您可以设计：

template<class II, class D>
void advance(II& i, D n){
    while( n-- ) ++i;
}

然而，它具有O(n)复杂性，当您具有random_access_iterator时，这是不可接受的。所以你可以这样改变你的设计：

template<class II, class D>
void advance_II(II& i, D n){
    while( n-- ) ++i;
}
template<class RAI, class D>
void advance_RAI(RAI& i, D n){
    i += n;
}
template<class II, class D>
void advance(II& i, D n){
    if(is_random_access_iterator(i)) // not yet designed
        advance_RAI(i, n);
    else
        advance_II(i, n);
}

然而，要使用的函数的版本是在运行时决定的，所以我们试图让编译器在编译时决定选择哪种方法。因此，我们给迭代器标签。有五个标签：

struct input_iterator_tag {};
struct output_iterator_tag {};
struct forward_iterator_tag : public input_iterator_tag {};
struct bidirection_iterator_tag : public forward_iterator_tag {};
struct random_access_iterator_tag : public bidirection_iterator_tag {};

现在你可以这样做了：

template<class II, class D>
void __advance(II& i, D n, input_iterator_tag){
    while( n-- ) ++i;
}
template<class RAI, class D>
void __advance(RAI& i, D n, random_access_iterator_tag){
    i += n;
}
template<class II, class D>
void advance(II& i, D n){
    __advance(i, n, iterator_traits<II>::iterator_category());
}

区分不同的_M_range_insert过载。

这个参考似乎好一点，并且有一个关于如何使用标记结构的示例。

冒引用链接的风险。。

空类将迭代器的类别标识为前向迭代器：

它被用作标记来标识迭代器的类型，以便函数（此处为_M_range_insert）可以适当地操作。由于它是一个类型名称，因此可以用来触发不同的重载。

在我的impl中，我有

void _Insert(const_iterator _Where, _Iter _First, _Iter _Last,
            _Int_iterator_tag)
void _Insert(const_iterator _Where, _Iter _First, _Iter _Last,
            input_iterator_tag)
void _Insert(const_iterator _Where, _Iter _First, _Iter _Last, 
            forward_iterator_tag)

在其他过载中。

它是模板元编程机制的一部分，用于根据参数的特性选择适当的重载，因此，例如，如果您有随机访问迭代器，您可以利用这一点，在插入之前检查它们和保留之间的距离。另一方面，如果只有前向迭代器，则检查距离为O（n），因此不执行此操作，只执行后推操作，这可能导致多次重新定位，因此速度较慢。编译器也会优化掉这些空的结构，所以运行时不会受到惩罚。

有几个用于插入向量的重载，其中一些重载对于构造函数是重复的。如果向量元素是积分类型的，那么其中两个重载会发生冲突：

iterator insert( const_iterator pos, size_type count, const T& value );
template< class InputIt >
iterator insert( const_iterator pos, InputIt first, InputIt last );

如果您有一个vector<int>并调用vec.insert(vec.bgein(), 5, 4)，那么您的意思肯定是插入值4的5倍。但是重载解析将看到模板并调用该模板，从而推断InputIt为int。

为了解决这个问题和其他一些行为问题，标准库的实现者发明了一些特性和一堆标记类。这些特征是一个模板元函数，它将给出三个不同的标签，就像Karthik T在回答中所说的那样：

  • 如果InputIt是积分类型，则为_Int_iterator_tag
  • forward_iterator_tag，如果InputIt是前向迭代器（包括随机访问迭代器）
  • input_iterator_tag如果InputIt是非前向迭代器的迭代器类型

然后，您将有一堆_M_range_insert的重载，将不同的标签类型作为附加参数，每个都做正确的事情，即

  • Int标记的重载将重定向到insert（或其实现）的第一个非模板重载
  • 前向迭代器的重载调用reserve(std::distance(first,last))，然后从迭代器范围复制元素
  • 纯输入迭代器的重载只是复制元素，可能会导致多次重新分配。它不能调用reserve，因为输入迭代器只能求值一次（例如istream迭代器）

模板化的插入方法在概念上看起来如下：

template< class InputIt >
iterator insert( const_iterator pos, InputIt first, InputIt last )
{
  return _M_range_insert(pos, first, last, InsertIteratorTraits<InputIt>::tag_type());
}
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