生成器在 C++20 视图管道中调用了两次

Question

在一个简单的 views 适配器管道中，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（至少对我而言）是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（过滤后的值未在管道中重复使用).

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 和主干 (code) and range-v3 with GCC & clang (code) 中使用 libstdc++ 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，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

Do you have an idea if this is the correct expected behavior (and why)?

是：这是预期的行为。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++ 必须寻找满足谓词的下一个底层迭代器。这涉及在 transform 的迭代器上执行 *it，这涉及调用该函数。但是一旦我们找到下一个迭代器，当我们再次读取它时，它将再次调用转换。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函数两次。

解决方法是要么不关心（要么让转换足够便宜以至于调用它两次无关紧要，要么过滤器足够稀有以至于重复转换的数量无关紧要或两者兼而有之）或者做将缓存层添加到您的管道中。

C++20 Ranges 中没有缓存视图，但在 range-v3 中有一个名为 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） .

生成器在 C++20 视图管道中调用了两次

Generator called twice in C++20 views pipeline

c++

range-v3

c++20

std-ranges