使用范围的向量初始化与 lambda 内联初始化

Question

我想通过转换另一个向量来初始化一个向量。我用两种内联初始化和转换的方式进行了测试std::vector。

一种使用 lambda 内联初始化（使用std::transform）：

   std::vector<int> foo(100,42);
   const auto fooTimesTwo = [&]{
            std::vector<int> tmp(foo.size());
            std::transform(foo.begin(), foo.end(), tmp.begin(), convert);
            return tmp;
    }();

而另一个 - 使用std::ranges::views::transform：

   std::vector<int> foo(100,42);
   auto transform_range = (foo | std::ranges::views::transform(convert));
   std::vector<int> fooTimesTwo {
           transform_range.begin(),
           transform_range.end()
   };

我希望两种向量初始化方式都应该具有相似的性能，但由于某种原因，传统解决方案的基准测试std::transform比第二个方法快得多（快 9.7 倍 -> https://quick-bench.com/q/3PSDRO9UbMNunUpdWGNShF49WlQ） .

我的问题是：

• 我使用std::ranges::views::transform不当吗？
• 为什么它的工作速度那么慢？

旁注 - 可以使用 来完成boost::make_transform_iterator，但我无法在 quick-bench 上检查它，因为它们不支持 boost。所以我不确定这种解决方案的效率。

Answer 1

为什么它的工作速度那么慢？

您遇到的问题是 C++98/C++17 迭代器模型和 C++20 迭代器模型之间的差异之一。X成为前向迭代器的旧要求之一是：

ifX是一个可变迭代器，reference是对T; ifX是一个常量迭代器，reference是对 的引用const T，

也就是说，迭代器的reference类型必须是真正的引用。它不能是代理引用或纯右值。任何重复值reference是prvalue自动只是一个输入迭代器。

C++20 中没有这样的要求。

所以如果你看foo | std::ranges::views::transform(convert)，这是一个纯右值的范围int。在 C++20 迭代器模型中，这是一个随机访问范围。但是在 C++17 中，因为我们处理的是纯右值，所以这只是一个输入范围。

vector的迭代器对构造函数不是基于 C++20 迭代器模型，而是基于 C++98/C++17 迭代器模型。它使用迭代器类别的旧理解，而不是新理解。并且 C++20 范围适配器非常努力地确保它们对旧的迭代器模型做“正确的事情”。我们改编的范围在检查为 C++20 时正确地将自己宣传为随机访问，并在检查为 C++17 时输入：

void f(std::vector<int> v) {
    auto r = v | std::views::transform(convert);
    using R = decltype(r);
    static_assert(std::ranges::random_access_range<R>);
    static_assert(std::same_as<std::input_iterator_tag,
        std::iterator_traits<std::ranges::iterator_t<R>>::iterator_category>);
}

那么当你将两个输入迭代器传递给vector的迭代器对构造函数时会发生什么呢？好吧，它不能预先分配一个巨大的块（我们不能在last - first这里做，因为它是一个输入迭代器，具有“大小哨兵”可能独立于遍历类别的概念也是 C+ 中的一个新事物+20 迭代器模型）...相反，它基本上是这样做的：

for (; first != last; ++first) {
    push_back(*first);
}

对于输入迭代器，没有比这更好的了。但这非常低效，因为我们最终会进行八次分配而不是一次分配。

在 range-v3 中，您可以这样做：

auto result = foo | ranges::views::transform(convert)
                  | ranges::to<std::vector>();

该to算法理解C ++ 20迭代模型，并通过这里提前预约做正确的事。然而，to它是一个外部库，我们不能只是修改标准库类型来选择它，这一点非常有限。我们希望std::ranges::to在 C++23 中有一个对标准库容器进行改进的版本，以便更好地做到这一点。在这一点上，这个解决方案将比你原来的解决方案更好，因为std::vector<int> foo(tmp.size())它本身是浪费的，因为必须对一块内存进行零初始化，然后立即覆盖它。

与此同时，我确实想知道保留这个reference必须引用的要求的一般价值（很少有人知道，可能更少依赖：最大的价值可能只是知道operator->()可以返回&operator*()？）。

std::vector<bool> 例如，已经在这方面撒谎，并将自己宣传为随机访问 C++17 范围。

标准库实现虽然应该能够更好地处理这种情况。他们应该能够安全地检查 C++20 迭代器概念并因此做一些智能的事情。在这种情况下，我们有 C++20 随机访问迭代器，因此vector 应该能够在这种情况下有效地构造自己。提交100070。