C++20 中的 iterator_category 和 iterator_concept 有什么区别？

Question

C++20 带来了更强大的迭代器系统，其中之一就是在iterator_concept的基础上引入了iterator_category 。

我发现C++20中很多迭代器的iterator_concept和iterator_category是不一致的。 以最著名的iota_view为例：

using R = decltype(views::iota(0));
static_assert(random_access_range<R>);

using I = ranges::iterator_t<R>;
static_assert(same_as<typename I::iterator_category, input_iterator_tag>);
static_assert(same_as<typename I::iterator_concept,  random_access_iterator_tag>);

虽然R模型random_access_range ，但其迭代器的iterator_category只是一个input_iterator_tag ，与iterator_concept不一致。

为什么 C++20 会引入iterator_concept ？ 它的目的是什么？ 如果我实现自己的迭代器，如何正确定义iterator_concept和iterator_category ？ iterator_category在 C++20 中还有意义吗？

Answer 1

C++17 (C++98) 迭代器 model 和 C++20 Ranges 迭代器 model 之间存在不向后兼容的差异。 两个大的是：

1. C++98 model 要求正向迭代器具有value_type&或value_type const&的reference 。
2. C++98 model 不允许contiguous迭代器。 最强的类别是random_access 。

(1) 的结果非常重要——这意味着如果您有一个返回纯右值的迭代器（无论是否代理引用），它永远不会比输入迭代器强。 因此， views::iota(1, 10)尽管很容易支持随机访问，但充其量只是一个 C++98 输入范围。

但是，您不能只是...删除此要求。 假设 C++98 迭代器并使用iterator_category进行判断的现有代码完全可以假设如果iterator_category是bidirectional_iterator_tag ，那么它的reference是对value_type的某种左值引用。

iterator_concept所做的是添加一个新的 C++20 层，它允许迭代器宣传其 C++98/17 类别，并且明显地宣传其 C++20 类别。 所以回到iota_view<int, int>示例，该视图的迭代器将iterator_category设置为input_iterator_tag （因为reference是纯右值，因此它不满足甚至向前的旧要求）但它的iterator_concept设置为random_access_iterator_tag （因为一旦我们放弃该限制，我们就可以轻松支持所有随机访问限制）。

在[iterator.concepts.general]中，我们有这个神奇的 function ITER_CONCEPT(I)帮助我们找出在 C++20 中使用什么标签。

(2) 的问题在于，由于各种 C++98/17 代码会检查该标签的方式（很多代码可能会准确检查random_access_iterator_tag ），因此很难在之前添加一个新contiguous_iterator_tag 。 iterator_concept方法避免了这个问题，它还引入了直接为您检查正确事物的概念（即random_access_iterator概念检查ITER_CONCEPT(I)派生自random_access_iterator_tag ，而不仅仅是这样）。

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指导方针：

• 如果您在 C++17 中使用迭代器，请使用std::iterator_traits<I>::iterator_category 。
• 如果您在 C++20 中使用迭代器，请使用std::meow_iterator概念
• 如果您在 C++17 中编写迭代器，请添加iterator_category别名并确保遵循前向迭代器/引用限制（或者......不要，但它在你身上）
• 如果您使用 C++20编写迭代器，请遵循P2259中的指导，该指导很好地描述了问题以及如何以及何时提供iterator_category和iterator_concept类型别名。