c++ - 返回对 InputIterator 内部状态的引用是否合法？

Question

让我们有一个输入迭代器 it符合 Cpp17InputIterator .我们能否保证引用值*it我们做之后还是一样it++ ?例如，

const auto &old_ref = *it;
auto old_val = ref;
++it; // old_ref might be affected by this

assert(old_ref == old_val); // Is this guaranteed for Cpp17InputIterator?

此 table说 it的旧拷贝不需要是可解引用的。但这是否意味着从 it 获得的旧引用也不能取消引用？可以 *it返回对迭代器内部状态的引用？

Answer 1

如果迭代器无效，则永远不应假设引用仍然有效。某些迭代器实现可能是这种情况，但这样做违反了迭代器概念，并且不会对所有迭代器通用。
迭代器在内部实现为 std::optional<T> 是完全合法的。可能返回 T 的引用并重建 T每次迭代之间。在 Inputiterator 上尤其如此s，不需要多 channel 支持(例如生成器范围)。
例如，执行以下操作的迭代器是完全合法的:

template <typename T>
auto some_special_iterator<T>::operator*() -> T&
{
  return *m_value; // returns a reference to the currently stored T
}

template <typename T>
auto some_special_iterator<T>::operator++() -> some_special_iterator&
{
  m_value.clear(); // Destroys the object which someone may be holding a reference to
  m_value.emplace( ... ); // Invalidates any existing references by constructing a new object

  return (*this);
}

使用指向已销毁对象的指针或引用是 未定义的行为 ，即使该指针或引用指向新对象的相同存储。对新构造的对象唯一合法的指针或引用是 new 返回的那些。 (例如展示位置 new )或 std::launder .

因为这被标记为 language-lawyer :直接来自标准的引号中没有太多可以将其定义为非法的，因为 InputIterator 没有任何保证。允许保留的引用保持有效的概念。
所以为了证明这是未定义的行为，我们需要向后工作。首先:
来自 defns.undefined

Undefined behavior may be expected when this International Standard omits any explicit definition of behavior or when a program uses an erroneous construct or erroneous data

因此，我们需要检查上面的迭代器示例是否正确遵守 InputIterator的概念定义，其中重要的部分是 operator++行为:
来自 input.iterators 中的表:

Requires: r is dereferenceable.
Postconditions: r is dereferenceable or r is past-the-end;any copies of the previous value of r are no longer required either to be dereferenceable or to be in the domain of ==.

(强调我的)
在上述要求中，条件是迭代器 r在上面的示例中被支持之前是可取消引用的，就像后置条件也将被支持一样。
有趣的是我加粗的部分:“r 先前值的任何拷贝不再需要可取消引用或位于 == 的域中”
这意味着迭代器本身的任何现有拷贝可能不再是可取消引用的，也可能无法在与另一个迭代器相同的范围内正确执行比较。这是正式意思是 的部分迭代器的所有拷贝可能已失效 (注意:“可能”，因为迭代器不需要无效——但应该假设无效)。
C++ 标准的文档没有明确声明任何持有的引用仍然有效，因为这不是进程的定义行为；但是，如果在调用 operator++ 之后迭代器本身不再被视为“可取消引用” ，那么还应该假设它的引用不再有效。由于措辞没有说明在此之后保留引用保证保持有效，因此必须假定它是未定义的行为，因为上面来自 defns.undefined 的段落。 .
上面说明的示例是一个符合迭代器的实现，其中这种期望会导致实际的未定义行为，这符合这种解释。

另一方面，小心使用 const auto&带有输入迭代器。 operator*()在输入迭代器上只需要返回一个 It::reference可转换为 T 的类型;它实际上根本不需要成为引用。请注意，这在前向迭代器中得到了加强，而且“ reference 必须是对 T 的引用”，但输入迭代器并非如此。
使用 const auto&这里实际上可能会导致您无意中 const -lifetime-extend 一个临时代理对象，而不是持有一个真正的引用。