生成器在 C++20 视图管道中调用两次

Question

在views适配器的简单管道中，调用了gen函数来生成一系列值(使用内部状态)，然后对其进行过滤器。

令人惊讶和违反直觉的(至少对我来说)是，生成器函数在每次迭代时被调用两次，因此对同一过滤器的下一次检查失败(过滤后的值不会在管道中重用)。

您是否知道这是否是正确的预期行为(以及为什么)？

在GCC 10.3,11.1和trunk(代码)中使用libstdc++进行测试，并使用GCC & clang(代码)进行range-v3测试。

int main() {
int n = 0;
auto gen = [&n]() {
auto result = ++n;
std::cout << "Generate [" << result << "]n";
return result;
};
auto tmp =
ranges::views::iota(0)
| ranges::views::transform([gen](auto &&) { return gen(); })
| ranges::views::filter([](auto &&i) {
std::cout << "#1 " << i << " " << (i % 2) << "n";
return (i % 2) == 1;
});
for (auto &&i : tmp | ranges::views::take(1)) {
std::cout << "#2 " << i << " " << ((i % 2) == 1) << "n";
assert(((i % 2) == 1));
}
}

注意：如果gen函数被写成具有内部状态的可变函数，则它不会编译：

auto gen = [n=0]() mutable {
auto result = ++n;
std::cout << "Generate [" << result << "]n";
return result;
};

(我知道纯函数更好)

Answer 1

您是否知道这是否是正确的预期行为(以及为什么)？

是：这是预期行为。它是迭代模型的固有属性，我们将operator*和operator++作为单独的操作。

filter的operator++必须寻找下一个满足谓词的基础迭代器。这涉及到在transform的迭代器上做*it，这涉及到调用函数。但是一旦我们找到下一个迭代器，当我们再次阅读它时，它将再次调用转换。在代码段中：

decltype(auto) transform_view<V, F>::iterator::operator*() const {
return invoke(f_, *it_);
}
decltype(auto) filter_view<V, P>::iterator::operator*() const {
// reading through the filter iterator just reads
// through the underlying iterator, which in this
// case means invoking the function
return *it_;
}
auto filter_view<V, P>::iterator::operator++() -> iterator& {
for (++it_; it_ != ranges::end(parent_->base_); ++it_) {
// when we eventually find an iterator that satisfies this
// predicate, we will have needed to read it (which calls
// the functions) and then the next operator* will do
// that same thing again
if (invoke(parent_->pred_, *it_))) {
break;
}
}
return *this;
}

结果是，我们对满足谓词的每个元素调用该函数两次。

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解决方法是要么不关心(让转换足够便宜，以至于调用它两次无关紧要，或者过滤器足够罕见，以至于重复转换的数量无关紧要，或者两者兼而有之)，或者将缓存层添加到管道中。

C++20 个范围中没有缓存视图，但范围 v3 中有一个名为views::cache1的缓存视图：

ranges::views::iota(0)
| ranges::views::transform(f)
| ranges::views::cache1
| ranges::views::filter(g)

这可确保每个元素最多只能调用一次f，代价是必须处理元素缓存并将范围降级为仅输入范围(以前它是双向的)。