对于 C++ Random Access Iterator（向量迭代器），迭代器之间的差异是如何计算的？

Posted 2023-03-06

【中文标题】对于 C++ Random Access Iterator（向量迭代器），迭代器之间的差异是如何计算的？

【英文标题】：For C++ Random Access Iterator (vector iterator), how is the difference between iterators calculated?

【发布时间】：2020-01-06 06:28:32

【问题描述】：

我有以下代码来随机化随机访问迭代器中的元素 (vector<int>::iterator) -

#include <vector>
#include <list>
#include <iterator>
#include <algorithm>
#include <stdlib.h>
#include <iostream>
using namespace std;

template<class RandomAccesIterator>
void randomize(RandomAccesIterator iterBegin, RandomAccesIterator iterEnd)

    while (iterBegin != iterEnd)
    
        int rand1 = rand();
        auto iterdiff = iterEnd - iterBegin;
        auto secondarg = iterBegin + rand1 % (iterdiff);
        iter_swap(iterBegin, secondarg);
        ++iterBegin;
    

以下是main()函数：

int main()

    //container used as to apply algorithm to.
    list<int> List = 34,77,16,2,35,76,18,2,56;

    //randomize example.
    cout << "calling randomize on sorted vector: " << endl;
    List.sort();
    vector<int> temp(List.begin(), List.end());
    cout << "before randomize: " << endl;
    for (vector<int>::iterator it = temp.begin(); it != temp.end(); it++)
    
        cout << *it << " ";
    
    cout << endl;

    randomize(temp.begin(),temp.end());
    cout << "after randomize: " << endl;
    for (vector<int>::iterator it = temp.begin(); it != temp.end(); it++)
    
        cout << *it << " ";
    
    cout << endl<<endl;
    return 0;

在randomize模板函数中，迭代器之间的差值是如何计算的（iterEnd - iterBegin）？

我在即时窗口中尝试了几件事，它看起来像 iterEnd - iterBegin 是这样计算的（向量中有 9 个元素，下面的计算给出 9）。我尝试在vector<int> 中使用各种数量的元素，并且每次的答案都是正确的。计算是我们第一次在while循环中遇到iterEnd - iterBegin（即对于向量中的9个元素）：

在即时窗口中 -

1.

iterEnd
-33686019
    [ptr]: 0x0080f9dc -33686019
    [Raw View]: ...

2.

iterBegin
2
    [ptr]: 0x0080f9b8 2
    [Raw View]: ...

3.

0x0080f9dc-0x0080f9b8 //iterEnd - iterBegin gives 36.
36

4.

36/4 //Dividing 36 by 4, since an integer is 4 bytes (we are iterating over a vector of integers).
9

我还尝试了vector<int> 中的 8 个元素，相同类型的计算在上面的第 4 步中得到了 8 个元素。

我有几个问题：

我为获取向量中的元素数量而执行的步骤是否正确（上述步骤 1. 到 4.）？ 在上面的第 4 步中，我将 36（十进制）除以 4 个字节。这如何给我正确的结果？如果我将 36 个字节除以 4 个字节，那么这将给我 9 个元素。为什么将 decimal 36 除以 4 个字节给出正确答案？

请参阅：我正在使用以下编译器：Microsoft Visual Studio Enterprise 2019（版本 16.2.1）。操作系统平台是 64 位、基于 x64 的处理器。我正在调试 x86 环境中构建。 Windows 版本是 Windows 10 Pro

【问题讨论】：

这是您正在使用的标准库的实现细节。你可能不应该玩弄它。如果您仍然想知道库在做什么，那么您应该将您正在使用的编译器/平台添加到问题中，因为每个编译器/平台都会有所不同。

如果该随机访问迭代器是一个指针 - 这当然是一种选择 - 它是一个直接减法（减去两个指向 T 的指针得到一个 ptrdiff_t 这是一个有符号整数值，代表差异/他们之间的距离）。如果那个迭代器是别的东西，那么这个“别的东西”将被设计成计算它们之间的差异是有意义的。

您可以查看MS STL源代码以了解std::vector::iterator是如何实现的。它是一个 class，它只是 wraps a pointer 到向量的值类型。

RandomAccessIterator (vector::iterator) 的迭代器是连续的吗？只有这样，划分 (iterEnd - iterBegin)/sizeof(int*) 才有意义，并得到正确的结果。

"RandomAccessIterator 的迭代器是连续的吗？"不一定。 C++17 增加了类别ContiguousIterator which vector::iterator models

【参考方案1】：

你的步骤是正确的，但仅仅是因为：

int 在你的系统上恰好有 4 个字节长 std::vector<int>::iterator 碰巧在你的系统上简单地包装了一个原始指针 (int*)

您可以使用sizeof(int) 来评估编译代码的任何系统上的正确字节数，而不是硬编码值 4。

std::size_t numElements = (0x0080f9dc - 0x0080f9b8) / sizeof(int);  // Better

至于您的第二个问题，您正在计算的36 不是无单位的十进制值。原始指针的原始整数值（请记住：std::vector<int>::iterator 简单地包装了一个 int*，因此它具有相同的大小）使用字节作为它们的隐式单位，因此您 实际上是将字节除以你的步骤。

最后，我建议避免使用这种指针算法 (rationale)。该标准已经提供了一个函数来精确计算这一点，std::distance，它可以在所有标准迭代器和你编译代码的任何系统上正常工作。

std::size_t numElements = std::distance(iterBegin, iterEnd);  // Best

【讨论】：

如果iterEnd和iterBegin是int*类型，那么它们之间的区别不是字节而是元素，所以sizeof(int)的划分是不必要的。

std::vector<int>::iterator 不是 OP 系统上的原始指针。请参阅@Daniel 在问题 cmets 中链接的 Microsoft 标准库实现 the link。

似乎实现只是简单地包装了所有操作，所以我将放宽我的措辞。

看起来 iterEnd 和 iterBegin 之间的区别确实以字节为单位。当我将vector 更改为vector 时，我在执行iterEnd - iterBegin 时得到以下结果：0x00bfe151-0x00bfe148 =9。而 9/sizeof(char) 给出 9 个元素。 vector 中有 9 个元素。在上面的 OP 中，我们有一个 vector 代替，它包含 9 个元素，以下是执行 iterEnd - iterBegin 的结果：0x0080f9dc-0x0080f9b8 = 36 字节。并且，36/sizeof(int) 给出 9（vector 中的元素数）。我是否正确 iterEnd - iterBegin 给出了字节的差异？