通過值與引用傳遞std算法迭代器參數

Question

我想知道為什么在STL中的許多模板算法中，參數不是通過引用傳遞的，而是通過值傳遞的。 以下是<iterator >標頭中的示例：

template<class InputIterator>
typename iterator_traits<InputIterator>::difference_type
distance (InputIterator first, InputIterator last);

當我將兩個迭代器傳遞給此函數時，它們將被復制。 我天真的想法是，最好通過const-reference傳遞這些迭代器，以避免復制迭代器對象：

template<class InputIterator>
typename iterator_traits<InputIterator>::difference_type
distance (const InputIterator &first, const InputIterator &last);

可以說迭代器通常是非常小的對象，復制它們並不昂貴。 但即便如此：便宜的復制將比沒有復制更昂貴。

那么在STL版本中，迭代器是按值傳遞的原因是什么？

謝謝！

Answer 1

我想到的一件事是反對引用中的const ：使用它們時需要修改迭代器。

另一個實現細節可能是迭代器實際上只是作為指針實現的。 大多數情況下參考也是如此。 如果按值傳遞指針，則將其復制一次，但僅在需要時取消引用。 然而，如果迭代器指針本身是由參考指針傳遞， 那么必須首先解除引用，只是為了得到迭代器，並且必須在每次迭代器訪問的時間內完成。 這是多余的。

Answer 2

對於某些廉價復制類型，按值傳遞它們實際上比通過引用傳遞更快。 來自教程等的傳統智慧指出，通過引用更快，但這不一定適用於廉價復制類型。

你如何按價值傳遞一個對象？ 您復制它，這意味着您獲取值並將其推送到堆棧以進行函數調用。 你如何通過參考傳遞？ 您將內存地址推送到堆棧，然后被調用的函數必須獲取該地址的任何內容。 現在，優化和緩存可能會發揮作用，使內存提取更便宜，但你仍然沒有比從堆棧中獲取精確值更便宜。 在迭代器的情況下，通常只需要一個簡單的指針。 這是一個字長，復制非常便宜。

另外，請注意您建議傳遞const引用。 這意味着它必須在被調用的函數中被復制以允許它被修改（例如在循環中遞增）。

Answer 3

std迭代器的概念是指針的泛化 。 std容器的迭代器通常實現為組成單個指針的類型。 如果參數類型與指針一樣便宜，則通過引用傳遞參數比通過值傳遞更昂貴。 必須先取消引用對象，然后才能使用對象的值。 有關詳細信息，請參閱此答案 。

因為幾乎所有的std算法都需要復制迭代器，為了獲得最佳性能，迭代器的復制成本非常低。 出於這個原因，找到一個迭代器是非常不尋常的，它通過值傳遞比引用要貴得多。

在std::distance - 以及許多其他算法的情況下 - 整個算法非常簡單，編譯器很可能會內聯調用。 如果內聯調用，則參數是通過引用還是通過值傳遞並不重要。 [請注意，內聯函數調用與內聯函數聲明不同！]

如果迭代器通過值傳遞比通過引用更昂貴，並且函數調用沒有內聯，則可以通過rvalue-reference創建用於傳遞迭代器的參數。 在這種罕見情況下的性能提升可能不值得額外的復雜性。

Answer 4

大多數算法會修改其參數。 例如， distance可以實現如下¹ ：

template<class InputIterator>
typename iterator_traits<InputIterator>::difference_type
distance (InputIterator first, InputIterator last) {
    typename iterator_traits<InputIterator>::difference_type result{};
    while (first++ != last)
        ++result;
    return result;
}

顯然，如果您first作為const引用傳遞，則不起作用。

如果將它作為非const引用傳遞它也不起作用，因為在大多數調用上下文中，調用者的對象不能被修改（例如，如果將container.begin()的結果傳遞給函數。

當然你仍然可以通過const引用傳遞，在函數內部復制然后修改它。 在那一點上，我們什么都沒得到。

再加上C ++標准建議，迭代器應該是輕量級類型，復制起來應該很便宜，它更簡單，在大多數情況下通過值傳遞它們更有效 ：

但即便如此：便宜的復制將比沒有復制更昂貴。

不對。 您還需要復制引用（在非內聯函數調用的情況下，它將作為指針實現）。 然后你需要取消引用那個也會增加開銷的指針。 與在許多情況下復制指針一樣便宜的直接拷貝相比，並且不會產生任何解除引用的開銷。

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¹當然，實際的實現將針對隨機訪問迭代器進行優化，以使其具有常量而非線性運行時。 以上實施僅供參考。