符合 c++ STL 的迭代器迭代器

Question

我想做什么

我有一种划分事物的方法。此方法不会对数组进行完全排序；它只是简单地对数组进行分区，以便一侧的所有元素(某些预先确定的“中心”或“中点值”——但它不必导致均匀拆分)小于“中心”和另一侧的所有元素都大于中心。 Point:它不是传统意义上的“排序”；这是一个分区。

当我分区东西时，我需要保留一把 key ；以便在交换事物时，交换 key ；如果将来某个时候我想撤消分区，我可以根据 key 重新排列内容。

显然，要根据键值重新排列事物，我可以执行以下操作

std::vector< std::pair< std::size_t , my::thingie > > vp;
std::vector< std::size_t >::iterator itKey( key.begin() );
// itThingie_begin and itThingie_end exist; I don't have direct access to the container 
my::thingie::iterator itThingie( itThingie_begin );
for (; itKey != key.end(); ++itKey; ++itThingie ) vp.push_back( *itKey, *itThingie );
std::sort( vp.begin() , vp.end() , &comp_pair_first );
itThingie = itThingie_begin;
for ( std::vector< std::pair< std::size_t , my::thingie > >::const_iterator p=vp.begin(); p!=vp.end(); ++p, ++itThingie ) *itThingie = p->second;

这意味着，我可以将所有 key 和数据复制成一对；并使用自定义比较谓词(或使用 boost::bind)按第一个值(键)对配对进行排序；然后再次复制所有数据。我明白那个。这并不理想，因为我可能有几百兆字节的东西，而上述方法涉及将其复制到临时文件，对临时文件进行排序，然后再将其复制回来。

这也不理想，因为我的分区方法，因为它目前存在，需要 thingie 的键 AND 的开始和结束迭代器(因为它每次交换时都必须交换)。此外，-这是踢球者-如果有两组东西，我必须重写我的分区方法；我有一个 key ，一个决定分区一侧的东西，还有另一个行李东西，里面有我想用于其他算法的其他信息。

现在，很明显，我不想在每次我想包含一些其他迭代器来与分区“同步”交换时都重写分区方法。
所以，像以前一样，我可以将所有这些东西复制到一个临时的 std::pair(或者嵌套对，如果我需要串联交换更多的东西)，然后通过查看 std::pair::first 对其进行分区，然后将临时数据复制回来...
但这非常浪费，因为我添加的每个额外的“行李”也可能是数百兆字节。

我知道我可以那样做。我不想这样做，因为它太占用内存了。

我想要的方式

我上面描述的问题仅仅是对迭代器进行串联操作之一。因此，我想要一个迭代器集合来抽象出该集合的内容。

我想要一组迭代器。我称该集合为piter(它是一对迭代器)。当一个人交换两个 piter 时，一个人实际上是在他们的第一个迭代器(以及他们的第二个迭代器)上执行 std::iter_swap 。

我想要一个piter迭代器(称为piterator)，它具有迭代器的所有特征，但是当它递增和递减时，它正在递增和递减piter的第一个和第二个迭代器。当piterator解引用时，它应该返回一个piterator的引用，它是迭代器的集合。所有距离都可以通过piter的第一个分量来测量。或者更一般地说，如果有任何问题需要回答并且不清楚应该由哪个迭代器回答，那么piter的第一个迭代器应该回答它。

如果我想创建一个可以在更多迭代器上串联迭代器的 piterator，我可以创建一个 piterator，它的 piterator 包含一个迭代器(第一个)和另一个 piterator(第二个)。

所以，这就是我尝试过的(我也尝试过使用 boost::iterator_facade 但我最终遇到了同样的问题 - 如下所述。)

#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <utility>
#include <iterator>


//
// pair of iterators
//
template <typename T,typename U>
struct piter : public std::pair<T,U>
{
  piter() : std::pair<T,U>() {};
  piter( T const & l , U const & r ) : std::pair<T,U>(l,r) {};
  piter( std::pair<T,U> const & p ) { this->first = p.first; this->second = p.second;     };
   //piter( std::pair<T,U> const p ) { this->first = p.first; this->second = p.second;      };

  template <typename OT, typename OU>
  piter( piter<OT,OU> const & p ) : std::pair<T,U>::first(p.first), std::pair<T,U>::second(p.second) {}

  piter<T,U> & operator=( piter<T,U> const & rhs )
  {
    if( &rhs != this ) { *this->first  = *rhs.first; *this->second = *rhs.second; }
    return *this;
  };


  friend void swap( piter<T,U> & lhs, piter<T,U> & rhs )
  {
    using std::swap;

    std::cout << "piter::swap; WAS: " << *lhs.first << " <-> " << *rhs.first << std::endl;

    std::iter_swap(lhs.first,rhs.first);
    std::iter_swap(lhs.second,rhs.second);

    std::cout << "piter::swap; NOW: " << *lhs.first << " <-> " << *rhs.first << std::endl;
  };

};




//
// iterator of pair of iterators
//
template <typename T, typename U>
class piterator : public std::iterator< std::random_access_iterator_tag,
                        piter<T,U>, 
                        std::ptrdiff_t,
                        piter<T,U> *,
                        piter<T,U> & >
{
  typedef piterator<T,U> iter;

public: // Traits typedefs, which make this class usable with algorithms which need a random access iterator.
  typedef std::random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef piter<T,U>     value_type;
  typedef std::ptrdiff_t difference_type;
  typedef piter<T,U> *   pointer;
  typedef piter<T,U> &   reference;


public:

  piterator() {};
  piterator( iter const &    rhs ) { this->mp.first = rhs.mp.first;  this->mp.second = rhs.mp.second;};
  piterator( pointer         rhs ) { this->mp.first = rhs->first;    this->mp.second = rhs->second; };
  //piterator( reference const rhs ) { this->mp.first = rhs.first;     this->mp.second = rhs.second; };
  piterator( value_type const rhs ) { this->mp.first = rhs.first;     this->mp.second = rhs.second; };


  iter & operator=( iter const & rhs )
  {
    if ( &rhs != this ){ this->mp.first = rhs.mp.first; this->mp.second = rhs.mp.second; };
    return *this;
  }

  friend void swap( iter & lhs , iter & rhs )
  {
    using std::swap;

    std::cout << "piterator::swap; WAS:  lhs " << *lhs->first << " rhs " << *rhs->first << std::endl;

    swap(lhs.mp,rhs.mp);

    std::cout << "piterator::swap; NOW:  lhs " << *lhs->first << " rhs " << *rhs->first << std::endl;
  }



public: // Comparison
  // Note: it's an error to compare iterators over different files.
  bool operator< ( iter const & rhs ) const { return mp.first < rhs.mp.first; }
  bool operator> ( iter const & rhs ) const { return mp.first > rhs.mp.first; }
  bool operator==( iter const & rhs ) const { return mp.first == rhs.mp.first; }
  bool operator!=( iter const & rhs ) const { return mp.first != rhs.mp.first; }

public: // Iteration
  iter & operator++()  { ++mp.first; ++mp.second; return *this; }
  iter & operator--()  { --mp.first; --mp.second; return *this; }
  iter operator++(int) { iter tmp(*this); ++(*this); return tmp; }
  iter operator--(int) { iter tmp(*this); --(*this); return tmp; }

public: // Step
  iter & operator+=( difference_type n ) { mp.first += n; mp.second += n; return *this; }
  iter & operator-=( difference_type n ) { mp.first -= n; mp.second -= n; return *this; }
  iter operator+   ( difference_type n ) { iter result(*this); return result += n; }
  iter operator-   ( difference_type n ) { iter result(*this); return result -= n; }

public: // Distance
  difference_type operator-( iter & rhs ) { return mp.first - rhs.mp.first; }

public: // Access
  reference operator*() { return mp; }
  reference operator[]( difference_type n ) { return *(*this+n); }
  pointer operator->() { return &mp; };

private: // State

  value_type mp;

};








template<class T,class U>
bool proxy_comp( piter<T,U> left, piter<T,U> right )
{ 
  std::cout << "proxy_comp: " << *(left.first) << " > " << *(right.first) << " ?=? " <<  ( *(left.first) > *(right.first) ) << std::endl;  
  return *left.first > *right.first; 
}




int main()
{

  std::vector<double> dv(3);
  std::vector<int> iv(3);
  dv[0]  = -0.5; dv[1]  = -1.5; dv[2]  = -2.5;
  iv[0]  =  10;  iv[1]  = 20;   iv[2]  =  3;


  typedef piterator< std::vector<int>::iterator , std::vector<double>::iterator > PAIR_ITER;
  typedef PAIR_ITER::value_type PAIR_REF;

  PAIR_ITER pair_begin( PAIR_REF( iv.begin() , dv.begin() ) );
  PAIR_ITER pair_end(   PAIR_REF( iv.end()   , dv.end()   ) );


  std::cout << "paired arrays now:" << std::endl;
  for ( PAIR_ITER p = pair_begin; p != pair_end; ++p )
    std::cout << *p->first << " " << *p->second << std::endl;

  std::cout << "swap 1st and 3rd elements..." << std::endl;
  swap(*pair_begin,*(pair_begin+2));

  std::cout << "paired arrays now:" << std::endl;
  for ( PAIR_ITER p = pair_begin; p != pair_end; ++p )
    std::cout << *p->first << " " << *p->second << std::endl;

  std::cout << "calling sort..." << std::endl;
  std::sort( pair_begin , pair_end , &proxy_comp<std::vector<int>::iterator , std::vector<double>::iterator> );

  std::cout << "paired arrays now:" << std::endl;
  for ( PAIR_ITER p = pair_begin; p != pair_end; ++p )
    std::cout << *p->first << " " << *p->second << std::endl;


  return 0;
}

问题
当我尝试像使用所有其他迭代器一样使用它时，piter 和 piterator 似乎可以工作，但它不能与 STL 算法一起正常工作。

上面的代码显示 piter 交换正确，但排序不正确。

上面代码的输出是:

    paired arrays now:
    10 -0.5
    20 -1.5
    3 -2.5
    swap 1st and 3rd elements...
    piter::swap; WAS: 10 <-> 3
    piter::swap; NOW: 3 <-> 10
    paired arrays now:
    3 -2.5
    20 -1.5
    10 -0.5
    calling sort...
    proxy_comp: 20 > 3 ?=? 1
    proxy_comp: 10 > 3 ?=? 1
    paired arrays now:
    3 -2.5
    3 -2.5
    3 -2.5

问题:

我必须改变什么才能使 std::sort (或者，理想情况下，一般的 STL)与piterators一起正常工作？

Answer 1

行。问题与 STL 如何移动内存有关。
它一直使用 swap() ，然后一切都会好起来的，但有时确实如此
(来自 gnu 的 STL_algo.h __insertion_sort)

if (__comp(*__i, *__first))
{
  // COPY VALUE INTO TEMPORARY MEMORY 
    typename iterator_traits<_RandomAccessIterator>::value_type __val = _GLIBCXX_MOVE(*__i);
  // MOVE MEMORY AROUND
   _GLIBCXX_MOVE_BACKWARD3(__first, __i, __i + 1);
  // COPY TEMPORARY VALUE BACK
    *__first = _GLIBCXX_MOVE(__val);
}

所以，我们看到迭代器的::value_type 必须存储值。它本身不能是一个指针。如果它是一个指针，则它完全使上面显示的伪交换方法无效。

因此，我们需要创建一个辅助类，它是一个 VALUES 的集合，而不是一个迭代器的集合。当piterator解引用运算符是常量时，我​​们可以返回这个助手类，例如，

value_type operator*() const { return helper_class_value_collection_ctor( _args_ ); };

通过这种方式，我们可以将值存储在新的内存中。

此外，我们需要创建另一个辅助类，它是一个迭代器的集合，而不是值，以便像这样的表达式

*piterator_a = *piterator_b

是有效的。如果 *piterator_a 按值返回，则设置这些值毫无意义，因为返回值是临时值。因此，在这种情况下，我们需要解引用运算符来返回引用类型(迭代器的集合)，该类型将存储为 piterator 的私有(private)成员变量。

reference operator*() { return private_reftype_variable; };

所以，把这个放在一起会导致以下内容。

#include <vector>
#include <iostream>
#include <utility>
#include <iterator>
#include <algorithm>


// forward decl
template <typename T,typename U> struct piterator_iterators;

template <typename T,typename U>
struct piterator_values
{
  // This class holds memory; it is a value_type
  // It only serves the purpose of 
  // allowing the stl to hold temporary values when moving memory around.
  // If the stl called sort(), then this class wouldn't be necessary.
  //
  // Note that the memory may be set by a piterator_iterators class,
  // which is a pseudo-value_type that points at memory, instead of holding memory.
  //
  // YOU NEED THIS SO THAT
  // typename piterator<T,U>::value_type Tmp = *piterator_a
  // PLACES THE VALUES INTO SOME (ACTUAL) TEMPORARY MEMORY, AS OPPOSED
  // TO CREATING A NEW POINTER TO EXISTING MEMORY.

  typedef typename T::value_type first_value;
  typedef typename U::value_type second_value;

  first_value  first;
  second_value second;

  piterator_values() {};
  piterator_values( first_value const & first , second_value const & second ) : first(first), second(second) {};
  piterator_values( piterator_values<T,U> const & rhs ) : first(rhs.first), second(rhs.second) { };
  piterator_values( piterator_iterators<T,U> const & rhs ) : first(*rhs.first), second(*rhs.second) { };


  piterator_values<T,U> & operator=( piterator_values<T,U> const & rhs )
  {
    if( &rhs != this ) 
      {
    first  = rhs.first; 
    second = rhs.second; 
      }
    return *this;
  };

  piterator_values<T,U> & operator=( piterator_iterators<T,U> const & rhs )
  {
    if( &rhs != this ) 
      {
    first  = *rhs.first; 
    second = *rhs.second; 
      }
    return *this;
  };


  friend void swap( piterator_values<T,U> & lhs, piterator_values<T,U> & rhs )
  {
    using std::swap;
    swap(lhs.first,rhs.first);
    swap(lhs.second,rhs.second);
  };


};





template <typename T,typename U>
struct piterator_iterators
{

  T first;
  U second;

  // This class does not hold memory; it points at existing memory.
  // It is a pseudo-value_type.  When the piterator dereferences, it
  // will return a piterator_iterators object IF it is a nonconst reference.
  // This class is used as a "reference" for an actual iterator,
  // so assignment operators change the value of the thing pointed at,
  // as opposed to reseting the address of what is being pointed at.
  //
  // YOU NEED THIS SO THAT
  // *piterator_a = *piterator_b
  // MAKES SENSE.
  // IF THE DEREFERENCE PASSED A piterator_values, 
  // THEN IT WOULD ONLY MODIFY A TEMPORARY, NOT THE ACTUAL THING
  //
  piterator_iterators() {};
  piterator_iterators( T const & first , U const & second ) : first(first), second(second) {};
  piterator_iterators( piterator_iterators<T,U> const & rhs ) : first(rhs.first), second(rhs.second) {};


  piterator_iterators<T,U> & operator=( piterator_iterators<T,U> const & rhs )
  {
    if( &rhs != this ) 
      {
    *first  = *rhs.first; 
    *second = *rhs.second; 
      }
    return *this;
  };

  piterator_iterators<T,U> & operator=( piterator_values<T,U> const & rhs )
  {
    *first  = rhs.first; 
    *second = rhs.second; 
    return *this;
  };


  friend void swap( piterator_iterators<T,U> & lhs, piterator_iterators<T,U> & rhs )
  {
    using std::swap;
    std::iter_swap(lhs.first,rhs.first);
    std::iter_swap(lhs.second,rhs.second);
  };


};




//
// iterator of pair of iterators
//
template <typename T, typename U>
class piterator : public std::iterator< std::random_access_iterator_tag, piterator_values<T,U>, std::ptrdiff_t, piterator_iterators<T,U> *, piterator_iterators<T,U> & >
{
  typedef piterator<T,U> iter;

public: 

  typedef std::random_access_iterator_tag iterator_catagory;
  typedef typename piterator<T,U>::value_type      value_type;
  typedef typename piterator<T,U>::difference_type difference_type;
  typedef typename piterator<T,U>::pointer         pointer;
  typedef typename piterator<T,U>::reference       reference;
  typedef piterator_iterators<T,U>                 value_of_reference;
  //typedef typename piterator_iterators<T,U> & reference;

public:

  piterator() {};
  piterator( iter const & rhs ) { mp.first = rhs.mp.first;  mp.second = rhs.mp.second; };
  piterator( value_of_reference const rhs ) { mp.first = rhs.first; mp.second = rhs.second; };
  piterator( T const first, U const second ) { mp.first = first; mp.second = second; };


  iter & operator=( iter const & rhs )
  {
    if ( &rhs != this )
      {
    mp.first = rhs.mp.first; 
    mp.second = rhs.mp.second; 
      };
    return *this;
  }

  friend void swap( iter & lhs , iter & rhs )
  {
    using std::swap;
    swap(lhs.mp,rhs.mp);
  }



public: // Comparison
  bool operator< ( iter const & rhs ) const { return mp.first < rhs.mp.first; }
  bool operator> ( iter const & rhs ) const { return mp.first > rhs.mp.first; }
  bool operator==( iter const & rhs ) const { return mp.first == rhs.mp.first; }
  bool operator!=( iter const & rhs ) const { return mp.first != rhs.mp.first; }

public: // Iteration
  iter & operator++()  { ++(mp.first); ++(mp.second); return *this; }
  iter & operator--()  { --(mp.first); --(mp.second); return *this; }
  iter operator++(int) { iter tmp(*this); ++(*this); return tmp; }
  iter operator--(int) { iter tmp(*this); --(*this); return tmp; }

public: // Step
  iter & operator+=( difference_type n ) { mp.first += n; mp.second += n; return *this; }
  iter & operator-=( difference_type n ) { mp.first -= n; mp.second -= n; return *this; }
  iter operator+   ( difference_type n ) { iter result(*this); return result += n; }
  iter operator-   ( difference_type n ) { iter result(*this); return result -= n; }
  difference_type operator+   ( iter const & rhs ) { return mp.first + rhs.mp.first; }
  difference_type operator-   ( iter const & rhs ) { return mp.first - rhs.mp.first; }

public: // Distance
  difference_type operator-( iter & rhs ) { return mp.first - rhs.mp.first; }

public: // Access
  // reference if on the lhs of the eq.
  reference operator*() { return mp; }
  // value if on the rhs of the eq.
  value_type operator*() const { return value_type(*mp.first,*mp.second); }

  reference operator[]( difference_type n ) { return *( (*this) + n ); }
  pointer operator->() { return &mp; };

private: // State

  value_of_reference mp;

};

下面是主程序，从上面分离出来，看看上面是怎么用的....

////////////////////////////////////////////////////////////////
template<class T,class U>
bool proxy_comp( piterator_values<T,U> left, piterator_values<T,U> right )
{ 
  return left.first < right.first; 
}
///////////////////////////////////////////////////////////////
int main()
{

  std::vector<double> dv1(3);
  std::vector<double> dv2(3);
  std::vector<int> iv(3);
  dv1[0]  = -0.5; dv1[1]  = -1.5; dv1[2]  = -2.5;
  dv2[0]  = 10.5; dv2[1]  = 11.5; dv2[2]  = 12.5;
  iv[0]   = 10;    iv[1]  = 20;   iv[2]   =  3;

  //
  // EXAMPLE 1: PAIR OF ITERATORS
  //

  typedef piterator< std::vector<int>::iterator , std::vector<double>::iterator > PAIR_ITER;

  PAIR_ITER pair_begin( iv.begin() , dv1.begin() );
  PAIR_ITER pair_end( iv.end() , dv1.end() );

  std::cout << "paired arrays now:" << std::endl;
  for ( PAIR_ITER p = pair_begin; p != pair_end; ++p )
    std::cout << *p->first << " " << *p->second << std::endl;

  std::cout << "swap 1st and 3rd elements..." << std::endl;
  swap(*pair_begin,*(pair_begin+2));

  std::cout << "paired arrays now:" << std::endl;
  for ( PAIR_ITER p = pair_begin; p != pair_end; ++p )
    std::cout << *p->first << " " << *p->second << std::endl;

  std::cout << "calling sort..." << std::endl;
  std::sort( pair_begin , pair_end , &proxy_comp<std::vector<int>::iterator , std::vector<double>::iterator> );

  std::cout << "paired arrays now:" << std::endl;
  for ( PAIR_ITER p = pair_begin; p != pair_end; ++p )
    std::cout << *p->first << " " << *p->second << std::endl;




  //   
  // EXAMPLE 2: TRIPLET (PAIR OF PAIR)
  //

  typedef piterator< std::vector<double>::iterator , std::vector<double>::iterator > DOUBLET_ITER;
  typedef piterator< std::vector<int>::iterator , DOUBLET_ITER > TRIPLET_ITER;


  TRIPLET_ITER triplet_begin( iv.begin(), DOUBLET_ITER( dv1.begin() , dv2.begin() ) );
  TRIPLET_ITER triplet_end(   iv.end(),   DOUBLET_ITER( dv1.end() , dv2.end() ) );


  std::cout << "tripleted arrays now:" << std::endl;
  for ( TRIPLET_ITER p = triplet_begin; p != triplet_end; ++p )
    std::cout << *p->first << " " 
          << *p->second->first << " " 
          << *p->second->second << std::endl;


  std::cout << "iter_swap 1st and second elements..." << std::endl;
  std::iter_swap( triplet_begin , triplet_begin+1 );


  std::cout << "tripleted arrays now:" << std::endl;
  for ( TRIPLET_ITER p = triplet_begin; p != triplet_end; ++p )
    std::cout << *p->first << " " 
          << *p->second->first << " " 
          << *p->second->second << std::endl;


  std::cout << "calling sort..." << std::endl;
  std::sort( triplet_begin, triplet_end, &proxy_comp< std::vector<int>::iterator , piterator< std::vector<double>::iterator , std::vector<double>::iterator > > );


  std::cout << "tripleted arrays now:" << std::endl;
  for ( TRIPLET_ITER p = triplet_begin; p != triplet_end; ++p )
    std::cout << *p->first << " " 
          << *p->second->first << " " 
          << *p->second->second << std::endl;


  return 0;
}

这是上面程序的输出

paired arrays now:
10 -0.5
20 -1.5
3 -2.5
swap 1st and 3rd elements...
paired arrays now:
3 -2.5
20 -1.5
10 -0.5
calling sort...
paired arrays now:
3 -2.5
10 -0.5
20 -1.5
tripleted arrays now:
3 -2.5 10.5
10 -0.5 11.5
20 -1.5 12.5
iter_swap 1st and second elements...
tripleted arrays now:
10 -0.5 11.5
3 -2.5 10.5
20 -1.5 12.5
calling sort...
tripleted arrays now:
3 -2.5 10.5
10 -0.5 11.5
20 -1.5 12.5