为什么向量不是<bool> STL 容器？

Why isn't vector<bool> a STL container?

本文关键字：gt STL 容器 bool lt 向量 为什么      更新时间：2023-10-16

Scott Meyers的书《Effective STL： 50 Specific Methods to Better Your Use of the Standard Template Library》中的第18项说要避免vector <bool>，因为它不是一个STL容器，而且它并不真正容纳bool。

以下代码：

vector <bool> v; 
bool *pb =&v[0];

不会编译，违反了 STL 容器的要求。

错误：

cannot convert 'std::vector<bool>::reference* {aka std::_Bit_reference*}' to 'bool*' in initialization

vector<T>::operator []返回类型应该是T&的，但为什么它是vector<bool>的特例呢？

vector<bool>真正由什么组成？

该项目进一步说：

deque<bool> v; // is a STL container and it really contains bools

这可以用作vector<bool>的替代品吗？

谁能解释一下？

出于空间优化的原因，C++标准(早在 C++98 年(明确指出vector<bool>是一个特殊的标准容器，其中每个布尔值只使用一位空间，而不是像普通布尔值那样使用一个字节(实现一种"动态位集"(。作为这种优化的交换，它不提供普通标准容器的所有功能和接口。

在这种情况下，由于您不能获取字节内位的地址，因此诸如operator[]之类的东西不能返回bool&而是返回一个允许操作相关特定位的代理对象。由于此代理对象不是bool&，因此您不能将其地址分配给bool*，就像在"普通"容器上进行此类运算符调用的结果一样。反过来，这意味着bool *pb =&v[0];不是有效的代码。

另一方面，deque没有调用任何此类专用化，因此每个布尔值需要一个字节，您可以从operator[]获取值返回的地址。

最后请注意，MS 标准库实现(可以说(是次优的，因为它对 deque 使用较小的块大小，这意味着使用 deque 作为替代品并不总是正确的答案。

问题是vector<bool>返回代理引用对象而不是真正的引用，因此C++98样式代码bool * p = &v[0];无法编译。但是，如果operator&还返回代理指针对象，则可以编译具有auto p = &v[0];的现代 C++11。Howard Hinnant写了一篇博客文章，详细介绍了使用此类代理引用和指针时的算法改进。

斯科特·迈耶斯(Scott Meyers(在关于代理类的更有效C++中有一个很长的第30项。你可以走很长的路来模仿内置类型：对于任何给定的类型T，一对代理(例如 reference_proxy<T>和iterator_proxy<T>(可以相互一致，因为reference_proxy<T>::operator&()和iterator_proxy<T>::operator*()是彼此的逆向。

但是，在某些时候，需要将代理对象映射回以表现得像T*或T&。对于迭代器代理，可以重载operator->()并访问模板T 的接口，而无需重新实现所有功能。但是，对于引用代理，您需要重载operator.()，这在当前C++中是不允许的(尽管Sebastian Redl在BoostCon 2013上提出了这样的建议(。您可以像引用代理中的 .get() 成员一样进行详细的解决方法，或者在引用中实现T的所有接口(这是为vector<bool>::bit_reference所做的(，但这要么会丢失内置语法，要么引入没有内置类型转换语义的用户定义转换(每个参数最多可以有一个用户定义的转换(。

TL;DR：没有vector<bool>不是容器，因为标准需要真正的参考，但它的行为几乎像容器一样，至少在 C++11(自动(下比 C++98 更接近。

vector<bool> 包含压缩形式的布尔值，仅使用一位作为值(而不是 bool[] 数组的 8 位(。在 c++ 中不可能返回对位的引用，因此有一个特殊的帮助程序类型"位引用"，它为您提供了内存中某个位的接口，并允许您使用标准运算符和强制转换。

许多人认为vector<bool>专业化是一个错误。

在一篇论文"在 C++17 中弃用退化库部件">
有人提议重新考虑向量部分专业化。

布尔部分专业化的历史由来已久 std：：向量不满足容器要求，并且在 特别是，它的迭代器不满足随机的要求 访问迭代器。之前弃用此容器的尝试是 被拒绝 C++11， N2204.

拒绝的原因之一是不清楚它会是什么 表示弃用模板的特定专用化。那 可以用谨慎的措辞来解决。更大的问题是 载体的(包装(专业化提供了一个重要的 标准库的客户真正寻求的优化，但是 将不再可用。我们不太可能 弃用标准的这一部分，直到更换设施 提出并接受，例如N2050。不幸的是，没有这样的 目前正在向图书馆演变提交的修订提案 工作组。

看看它是如何实现的。 STL 大量构建在模板上，因此标头确实包含它们所做的代码。

例如，在这里查看 stdc++ 实现。

同样有趣的是，即使不是符合STL标准的位向量是llvm：：BitVector。

llvm::BitVector的本质是一个名为 reference 的嵌套类和合适的运算符重载，以使BitVector的行为类似于 vector，但有一些限制。下面的代码是一个简化的界面，用于显示 BitVector 如何隐藏一个名为 reference 的类，以使真正的实现几乎像一个真正的布尔数组，而无需为每个值使用 1 个字节。

class BitVector {
public:
  class reference {
    reference &operator=(reference t);
    reference& operator=(bool t);
    operator bool() const;
  };
  reference operator[](unsigned Idx);
  bool operator[](unsigned Idx) const;      
};

这里的这段代码具有很好的属性：

BitVector b(10, false); // size 10, default false
BitVector::reference &x = b[5]; // that's what really happens
bool y = b[5]; // implicitly converted to bool 
assert(b[5] == false); // converted to bool
assert(b[6] == b[7]); // bool operator==(const reference &, const reference &);
b[5] = true; // assignment on reference
assert(b[5] == true); // and actually it does work.

这段代码其实有一个缺陷，尝试运行：

std::for_each(&b[5], &b[6], some_func); // address of reference not an iterator

将不起作用，因为assert( (&b[5] - &b[3]) == (5 - 3) );将失败(在llvm::BitVector内(

这是非常简单的LLVM版本。 std::vector<bool>里面也有工作迭代器。因此，调用for(auto i = b.begin(), e = b.end(); i != e; ++i)将起作用。也std::vector<bool>::const_iterator.

但是，std::vector<bool>仍然存在限制，使其在某些情况下表现不同。

这

来自 http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector-bool/

布尔值的向量 这是矢量的专用版本，用于 对于 bool 类型的元素，并针对空间进行优化。

它的行为类似于矢量的非专用版本，具有 以下更改：

    存储
  • 不一定是布尔值数组，但库实现可以优化存储，以便每个值
    存储在单个位中。
  • 元素不是使用分配器对象构造的，而是直接在内部存储中的正确位上设置它们的值。
    • 成员
  • 函数翻转和用于成员交换的新签名。
  • 一种特殊的成员类型，引用，一个类，它访问容器内部存储中的各个位，其接口
    模拟布尔引用。相反，成员类型const_reference为 一个普通的布尔。
  • 容器使用的指针和迭代器类型不一定既不是指针也不是符合迭代器，尽管它们
    应模拟其大部分预期行为。

这些更改为这种专业化提供了一个古怪的界面，并且 支持内存优化而不是处理(可能适合也可能不适合 您的需求(。在任何情况下，都无法实例化 直接用于布尔值的矢量的非专用模板。解决方法 避免此范围使用其他类型(字符、无符号字符(或 容器(如 deque(使用包装器类型或进一步专注于 特定的分配器类型。

Bitset 是一个为固定大小提供类似功能的类 位数组。

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