使用范围与 lambda 内联初始化的向量初始化

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方式进行了测试，一种是转换后的 std::vector.

一个使用 lambda 内联初始化（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;
    }();

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()
   };

我预计这两种向量初始化方式应该具有相似的性能，但出于某种原因，传统 std::transform 解决方案的基准比第二种方式快得多（快 9.7 倍 -> https://quick-bench.com/q/3PSDRO9UbMNunUpdWGNShF49WlQ).

我的问题是：

我使用 std::ranges::views::transform 不正确吗？
为什么它运行得这么慢？

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

Answer 1

Why does it work so much slower?

您运行遇到的问题是 C++98/C++17 迭代器模型与 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 was:

if X is a mutable iterator, reference is a reference to T; if X is a constant iterator, reference is a reference to const T,

也就是说，迭代器的 reference 类型必须是一个真正的引用。它不能是代理引用或纯右值。 reference 为纯右值的任何 迭代器自动仅作为输入迭代器。

C++20 中没有这样的要求。

因此，如果您查看 foo | std::ranges::views::transform(convert)，这是一个纯右值范围 int。在 C++20 迭代器模型中，这是一个随机访问范围。但在 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iterator-pair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。它使用的是对迭代器类别的旧理解，而不是新理解。 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”。当检查为 C++20 时，我们的适应范围确实将自己正确地宣传为随机访问，而当检查为 C++17 时，它确实将自己宣传为随机访问：

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>);
}

那么当您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？好吧，它不能预先分配一个巨大的块（我们不能在这里做 last - first 因为它是一个输入迭代器，具有“大小的哨兵”可能独立于遍历类别的概念也是一个新的C++20迭代器模型中的东西）...相反，它基本上是这样做的：

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

没有比输入迭代器更好的了。但这是非常低效的，因为我们最终做了八次分配，而不是一次。

在range-v3中，你可以这样做：

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

to算法理解C++20迭代器模型，在这里提前预留做正确的事情。然而，to 的局限性很大，因为它是一个外部库，我们不能只修改标准库类型来选择加入它。我们希望在 C++23 中有一个 std::ranges::to 来改进标准库容器，以更好地做到这一点。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()) 本身就很浪费，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，我确实想知道保留此 reference 必须参考要求的一般价值（很少有人知道，可能更少人依赖：最大的价值是可能只是知道 operator->() 可以 return &operator*()?).

例如，

std::vector<bool> 已经对此撒了谎，并宣传自己是随机访问 C++17 范围。

标准库实现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，并因此做出一些智能的事情。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身。已提交 100070.

使用范围与 lambda 内联初始化的向量初始化

Vector initialisation using ranges vs lambda inline initialisation

c++

c++20

std-ranges