使用 std::iterator 特征和 auto 在函数声明中定义函数答案

【问题标题】：Define a function in function declaration using std::iterator traits and auto使用 std::iterator 特征和 auto 在函数声明中定义函数
【发布时间】：2019-05-13 12:38:21
【问题描述】：

今天我尝试实现基数排序。该函数必须有两个变量：开始迭代器和结束迭代器，并且可以有第三个：一些必须返回整数类型以进行排序的函数。默认必须是恒等函数。

我的尝试看起来像（抱歉，代码看起来很长很脏，但这只是一个尝试）：

template<class ForwardIt>
void radix_sort(
    ForwardIt first,
    ForwardIt last,
    std::function<auto(typename std::iterator_traits<ForwardIt>::value_type)> get_value =
    [](const typename std::iterator_traits<ForwardIt>::value_type& x){ return x; }) {
        // ...
}

get_value的返回类型，当然在编译时就知道了。

用法应该是：

std::vector<std::pair<uint32_t, std::string>> vec;
// ...
radix_sort(vec.begin(), vec.end(), [](const std::pair<uint32_t, std::string>& x){ return x.first; })

或者：

std::vector<uint32_t> vec;
// ...
radix_sort(vec.begin(), vec.end());

它甚至没有编译，我不知道如何解决这个问题。怎么做？简单例子：

#include <bits/stdc++.h>

template<class ForwardIt>
void radix_sort(
    ForwardIt first,
    ForwardIt last,
    std::function<auto(typename std::iterator_traits<ForwardIt>::value_type)> get_value =
    [](const typename std::iterator_traits<ForwardIt>::value_type& x){ return x; }) {
        // ...
}

int main()
{
    std::vector<std::pair<uint32_t, std::string>> vec(10);
    radix_sort(vec.begin(), vec.end());
}

编译器输出：

source_file.cpp:17:37: error: no matching function for call to ‘radix_sort(std::vector<unsigned int>::iterator, std::vector<unsigned int>::iterator)’
     radix_sort(vec.begin(), vec.end());
                                      ^
source_file.cpp:6:6: note: candidate: template<class ForwardIt, class auto:1> void radix_sort(ForwardIt, ForwardIt, std::function<auto:1(typename std::iterator_traits<_Iter>::value_type)>)
 void radix_sort(
      ^
source_file.cpp:6:6: note:   template argument deduction/substitution failed:
source_file.cpp:17:37: note:   couldn't deduce template parameter ‘auto:1’
     radix_sort(vec.begin(), vec.end());

【问题讨论】：

编译器是怎么说的？ --> 只需将编译器错误/警告/输出添加到您的帖子中，如果不是为了其他原因，那么只是为了完整性。
请参阅How to Ask 以改进您的问题
我认为模板中的仅在您拥有 C++17 并且问题标记为 C++11 时才有效。见this answer。可能还有其他问题我没有花时间仔细分析问题，但我会从可用的标准开始。
@Clonk：实例化模板时，auto 不起作用。
@JoeyMallone 在您使用它的同一个 .cpp 文件中实现模板没有问题。当您想在多个不同的包含标头的 .cpp 文件中使用模板时，您只需要在标头中实现它们。模板不能在 .cpp 文件中没有任何内在原因。

标签： c++ c++11

【解决方案1】：

解决此问题的简单方法是不使用默认函数，而是使用两个重载。这可以让您摆脱使用昂贵的std::function，代价是编写几行样板代码。如果你使用

template<class ForwardIt, class Func>
void radix_sort(ForwardIt first, ForwardIt last, Func get_value) {
    // ...
}

template<class ForwardIt>
void radix_sort(ForwardIt first, ForwardIt last) {
    radix_sort(first, last, [](const typename std::iterator_traits<ForwardIt>::value_type& x){ return x; });
}

您将获得没有功能的默认“身份”，如果提供了一个，您将获得确切的功能对象。

【讨论】：

这是否意味着我不能如我所愿地给出默认值？
这就是第二个重载为您所做的。如果不指定第三个参数，则会得到第二个重载，而 that 定义了默认值。
@AlexanderStanovoy 默认提供了第二个重载。如果您只使用 2 个迭代器调用它，您将获得第二个使用默认标识函数的函数。如果用户提供了自己的函数对象，那么它将调用第一个并使用他们提供的。
请注意，lambda 将按值返回，这可能是不可取的
如果这是一个问题，可以将 lambda 更改为 [](const typename std::iterator_traits<ForwardIt>::value_type& x) -> decltype(auto) { return (x); })

【解决方案2】：

为了未来用户的利益，我想指出的是，C++20 引入了 std::identity 类，这有助于解决问题。在它的帮助下，代码可以改写为：

template <typename For, typename F = std::identity>
void radix_sort(For first, For end, F f = {})
{
  /* ... */
}

而且很容易自己实现一个符合标准的如果你没有 C++20，像这样：

struct identity {
  template <class T>
  constexpr T&& operator()(T&& t) const noexcept
  {
    return std::forward<T>(t);
  }

  using is_transparent = void;
};

【讨论】：