生成器在 C++20 视图管道中调用两次

Question

在一个简单的views适配器管道中，调用一个gen函数来生成一系列值（使用内部状态），然后对其进行过滤。

令人惊讶和违反直觉的（至少对我来说）是这样的事实：生成器函数在每次迭代中被调用两次，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）。

您知道这是否是正确的预期行为（以及为什么）？

libstdc++在 GCC 10.3、11.1 和 trunk（代码）以及range-v3GCC 和 clang（代码）中进行了测试。

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函数被编写为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;
  };

（而且我知道纯函数更好）

Answer 1

您知道这是否是正确的预期行为（以及为什么）？

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

filter必须operator++寻找下一个满足谓词的底层迭代器。这涉及到*itontransform的迭代器，其中涉及调用该函数。但是一旦我们找到下一个迭代器，当我们再次读取它时，就会再次调用转换。在代码片段中：

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。

解决方法是要么不关心（让变换足够便宜，调用它两次并不重要，或者过滤器足够稀有，使得重复变换的数量无关紧要，或者两者兼而有之），或者添加一个缓存层你的管道。

C++20 Ranges 中没有缓存视图，但 range-v3 中有一个名为 的缓存视图views::cache1：

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

这确保f每个元素最多只被调用一次，代价是必须处理元素缓存并将范围降级为仅输入范围（之前是双向的）。