为什么使用引用作为迭代器答案

【问题标题】：Why using a reference as an iterator为什么使用引用作为迭代器
【发布时间】：2019-10-17 10:54:21
【问题描述】：

我正在学习 std::vector 的 emplace() 并偶然发现了这段代码：

// vector::emplace
#include <iostream>
#include <vector>

int main ()
{
  std::vector<int> myvector = {10,20,30};

  auto it = myvector.emplace ( myvector.begin()+1, 100 );
  myvector.emplace ( it, 200 );
  myvector.emplace ( myvector.end(), 300 );

  std::cout << "myvector contains:";
  for (auto& x: myvector)
    std::cout << ' ' << x;
  std::cout << '\n';

  return 0;
}

我想知道为什么在 for 循环中他们使用引用 auto& x 而不是简单的副本，我尝试不使用 & 并且它的工作方式相同，这是避免复制的安全措施还是性能技巧？

【问题讨论】：

"避免复制或表演技巧？"两者，因为不复制（通常）可以提高性能
@FatihBAKIR 取消引用也不是免费的。有时复制更快，寄存器也很快。你必须测量。
@xaxxon 我不知道，因为我没有测量它。我唯一知道的是，在猜测性能方面，直觉几乎不比抛硬币（如果那样的话）好。
@FrançoisAndrieux 您说“有时复制速度更快” - 这是事实陈述。我问你怎么知道在某些情况下会发生这样的循环。
@FrançoisAndrieux，是的，但是这些与向函数传递的东西有关，并且ABI 通常需要传递一个指针，这会产生间接开销。但是，这里的循环对编译器是可见的，它不必执行。

标签： c++ loops for-loop reference c++14

【解决方案1】：

就像你说的那样简单，它就是一个副本。所以这确实是一个性能技巧，但对于int，它不会更快，甚至可能更慢。但是如果你有一个包含百万元素的std::vector<std::string>，那么它会产生很大的不同。你可以自己试试。

但是，如果要修改迭代容器的内容，则需要它。如果没有引用，您将更改副本，而不是容器内的元素。在这里可以看出区别：

std::vector<int> numbers1 = {1,2,3,4};
std::vector<int> numbers2 = {1,2,3,4};
for(auto& x: numbers1) ++x;
for(auto x: numbers2) ++x;
assert(numbers1!=numbers2); // True

我还建议使用auto&& 而不是auto&，因为它会更好地与临时人员一起使用，请参阅例如this answer.

【讨论】：

" 它可能会更慢。"如何？你必须从内存中加载向量的内容来制作副本，但是一旦加载了，你为什么要把它放在别的地方让它更快呢？
@xaxxon "你必须从内存中加载向量的内容来制作副本" 是的，没错，但你只做了一次。然后，您可以在寄存器中或至少在堆栈中使用自己的副本。如果您使用引用/指针，则每次访问都必须取消引用该地址，除非可以证明这些指令之间的值没有改变。对于更长的函数，这可能不容易做到，甚至只是 void foo(int&, int&) 在不知道调用代码的情况下就不可能。
每个访问如果知道它在哪里就不必取消引用它。然后它只是直接指向寄存器。没有实际的取消引用发生。如果它改变了，它的新值仍然在同一个寄存器中。把它放在一个临时变量中不会改变任何东西，除非它可能需要做更多的负载，因为如果你的副本无法优化，你已经增加了工作集的大小
@xaxxon 但是调用代码不知道它在哪里。如果你将foo 编译成foo.obj，那么foo 不知道它是如何被调用的。它只知道调用约定，我对它们了解不够，但我从未听说过“此指针指向寄存器”参数类型。这也与 for 循环有关，它通常无法知道向量来自哪里或谁可以访问它。在该循环中调用的任何函数都可能具有涉及更改该向量的副作用。
“我建议使用 auto&& 而不是 auto&，因为它会更好地与临时人员一起使用” - 尝试修改容器时不要。你不想在那种情况下需要临时变量，如果你意外得到它们，最好得到一个漂亮的编译器错误。

【解决方案2】：

auto 和auto& 在此上下文中的另一个区别是auto& 将允许您修改向量中的值。这可能是一个等待发生的不良错误。理想情况下，如果您只是为了阅读而参考，您应该使用 const 参考：const auto &

当向量包含的对象不仅仅是基本的数字或指针类型时，使用引用的好处是它不会将整个对象复制到临时对象。如果对象具有任何深拷贝语义，或者可能是 shared_ptr，那么可能会完全避免显着的开销。

对于基本类型，复制通常非常快，因此首选单个副本，但是如果要求编译器优化器引用基本类型然后多次使用该引用，您可以期望编译器优化器会做“正确的事情”，所以对于模板编程，您应该优先使用 const-ref 而不是副本，以在您不知道类型时保持代码简单。

【讨论】：