如果算法 std::mismatch 的两个范围的大小不同会产生未定义的行为？

Posted 2023-02-22

【中文标题】如果算法 std::mismatch 的两个范围的大小不同会产生未定义的行为？

【英文标题】：If the sizes of the two ranges to the algorithm std::mismatch different yields Undefined Behavior?

【发布时间】：2021-09-11 00:11:25

【问题描述】：

我在 Cppreference 上看到了算法 std::mismatch 的可能实现：

template<class InputIt1, class InputIt2>
std::pair<InputIt1, InputIt2>
mismatch(InputIt1 first1, InputIt1 last1, InputIt2 first2)

   while (first1 != last1 && *first1 == *first2) 
      ++first1, ++first2;
   
   return std::make_pair(first1, first2);

因此，如果第一个范围比第二个长，那么在某些时候，第二个范围中的越端迭代器将被取消引用，然后递增，从而产生未定义的行为。对？例如：

std::vector<int> v124, 10, 81, 7, 57;
std::vector<int> v224, 10, 81;
auto p = std::mismatch(v1.cbegin(), v1.cend(), v2.cbegin()); // UB?

所以元素是相等的，直到 v1 位于 7 并且 v2 是 past the last element 所以它被取消引用然后递增，从而导致 UB。

我认为算法也必须在每次迭代时检查第二个范围是否在末尾：

first1 != last1 && first2 != last2

我认为第三和第四个版本是正确的：

  template<class InputIt1, class InputIt2>
  std::pair<InputIt1, InputIt2> mismatch(InputIt1 first1, InputIt1 last1, InputIt2 first2, InputIt2 last2)
  
      while (first1 != last1 && first2 != last2 && *first1 == *first2) 
          ++first1, ++first2;
      
      return std::make_pair(first1, first2);
  

  Fourth version

  template<class InputIt1, class InputIt2, class BinaryPredicate>
  std::pair<InputIt1, InputIt2> mismatch(InputIt1 first1, InputIt1 last1, InputIt2 first2, InputIt2 last2, BinaryPredicate p)
  
      while (first1 != last1 && first2 != last2 && p(*first1, *first2)) 
          ++first1, ++first2;
      
      return std::make_pair(first1, first2);
  

这里是cppreference主题的链接：

https://en.cppreference.com/w/cpp/algorithm/mismatch

【问题讨论】：

如果您不确定范围的长度是否相同，那就是 wgat 接受两对开始/结束迭代器的重载。

@ItachiUchiwa 他们采用 4 个迭代器 [first1,last1) 和 [first2,last2) 算法 5、6、7 和 8。还有 "...如果未提供 last2（重载 (1-4) )，它表示 first2 + (last1 - first1)...." 因此，在调用 1 到 4 中的任何一个之前，您必须确保合同为真。因此范围 2 必须至少与范围一样长1.

@ItachiUchiwa 您应该使用 4 迭代器版本，除非您确定第一个范围不比第三个参数后面的范围长。如果您不确定，请始终使用 4 迭代器版本。

问题链接到的文档回答了问题。阅读返回值下的文字。

"我认为第三和第四个版本是对的：" -- 你说的“对”是什么意思？第三和第四个版本分别适用于实现重载 5 和 7，但不适用于实现其他重载。特别是对于重载 1，它们不可能正确，因为重载 1 需要三个参数，第三个版本需要四个参数，第四个版本需要五个参数。看起来你的“正确”概念会更好地针对声明而不是实现。

【参考方案1】：

是的，假定旧重载的范围相同。来自MSVC documentation：

在 C++14 代码中使用双范围重载，因为如果第二个范围比第一个范围长，则仅对第二个范围采用单个迭代器的重载将不会检测到差异，并且会导致未定义的行为，如果第二个范围比第一个范围短

使用双范围算法的性能损失最小（每个循环一次额外比较），并且对于随机访问迭代器，双范围 std::equals 和 std::is_permutation 需要在如果长度不同，则为常数时间。如果你有兴趣，在 CPPcon 上有一个谈话 by MSVC standard library implementer Stephan Lavavej from 2014 讨论这些变化，以及数字的“inner_product”函数和“transform”的二进制版本被遗漏了（并且仍然只有“range-and-”半'超载）。

如果双范围算法可用，则强烈推荐它们。仅当您知道自己在做什么并且绝对需要性能时才使用其他重载（然后通常仅使用非随机访问迭代器，因为编译器通常会通过检查来优化随机迭代器上的双范围重载（例如 is_permutation）长度，然后调用范围半重载）。