为什么 std::generate() 和 std::generate_n() 需要不同的迭代器？答案

【问题标题】：Why do std::generate() and std::generate_n() require different iterators?为什么 std::generate() 和 std::generate_n() 需要不同的迭代器？
【发布时间】：2017-07-22 11:44:53
【问题描述】：

我在 cppreference 中查看generate() 和generate_n() 并试图理解为什么generate() 需要ForwardIterator，而generate_n() 需要OutputIterator 的范围？（我查了最新的标准工作草案，也是一样的要求。）

因为，至少它们可能的实现似乎需要相同的迭代器概念，而OutputIterator 似乎就足够了：

generate():

template<class ForwardIt, class Generator>
void generate(ForwardIt first, ForwardIt last, Generator g)
{
    while (first != last) {
        *first++ = g();
    }
}

generate_n():

template<class OutputIt, class Size, class Generator>
OutputIt generate_n(OutputIt first, Size count, Generator g)
{
    for (Size i = 0; i < count; i++) {
        *first++ = g();
    }
    return first;
}

std::fill() 和 std::fill_n() 也是如此。

【问题讨论】：

标签： c++ iterator language-lawyer

【解决方案1】：

至少它们可能的实现似乎需要相同的迭代器概念，OutputIterator 似乎就足够了

OutputIterator 不支持相等/不等比较（包括您展示的generate() 的可能实现中使用的operator!=）和多通道保证，而ForwardIterator 支持。这意味着OutputIterator 不能用于通过generate() 的接口所需的两个迭代器（例如[first, last)）来表示范围。

不能为输出迭代器定义等式和不等式。即使定义了 operator==，x == y 也不必暗示 ++x == ++y。

【讨论】：

【解决方案2】：

songyuanyao's answer 从技术角度解释这个问题。我将尝试提供更非正式的解释。

许多 STL 算法，包括 generate 和 fill，都适用于许多项目。算法必须能够访问这些项目的方式定义了迭代器的要求。

在您的情况下，generate 的定义包含：

...
while (first != last) {  // implies that Iter implements operator!=
  *first++;              // implies that Iter implements operator++

虽然任何迭代器类型似乎都满足第二个要求（毕竟，这就是迭代器的全部意义——迭代事物:)），但并非所有迭代器类型都支持比较operator!=。

例如，您不能将ostream_iterator 用于std::generate。但是，您可以，例如，通过std::generate_n 将固定数量的生成值输出到流中。

这里是a very artificial example at Coliru。一旦我开始考虑现实生活中的应用程序，我猜想使用 OutputIterators 的能力可能对实现一些序列化逻辑很有用。

【讨论】：

【解决方案3】：

generate() 和generate_n() 与所有标准库算法一样，对范围进行操作，即通过迭代器访问的一系列值。为了将操作应用于范围的所有元素，算法必须知道范围的开始位置和结束位置。有两种常见的方式来提供该信息：您可以使用迭代器和长度指定范围，并使用while (length-- != 0) { ... ++first; } 形式的循环；或者您可以使用一对迭代器[first, last) 指定范围，并使用while (first != last) { ... ++first; } 形式的循环。

对于第一个版本，您需要能够递增迭代器，并且对于这些算法，通过迭代器写入一个值。这些是输出迭代器的主要属性，这就是generate_n()所需要的全部。

对于第二个版本，您需要能够增加迭代器并通过迭代器写入一个值，就像第一个版本一样。您还必须能够比较两个迭代器是否相等，而输出迭代器不支持这一点；你必须至少有一个前向迭代器。这就是为什么 generate() 需要一个由一对迭代器指定的范围，需要一个前向迭代器。

【讨论】：