向量在 Eigen 3.4 中不满足 std::ranges::contiguous_range

Question

为什么Eigen::VectorXd 不满足std::ranges::contiguous_range 的概念？即static_assert(std::ranges::contiguous_range<Eigen::VectorXd>); 不编译。

另外，是否有可能专门化模板以使 Eigen 向量满足连续范围概念？例如，我们可以专门化std::ranges::enable_borrowed_range 以使任何范围都满足std::range::borrowed_range 的概念。换句话说，有没有办法让上面的静态断言编译？

Answer 1

必须选择连续范围。无法仅通过查看迭代器来确定它是连续访问还是只是随机访问。考虑一下deque<int>::iterator 和vector<int>::iterator 之间的区别——它们提供所有相同的操作并返回所有相同的东西，除非vector<int>::iterator 明确告诉你，否则你怎么知道？

Eigen 的迭代器还没有这样做。事实上，在 C++20 之前，并没有连续迭代器的概念。这是 C++20 范围的新功能。

如果您尝试验证它是连续的，您会看到这一点：

using I = Eigen::VectorXd::iterator;
static_assert(std::contiguous_iterator<I>);

在 gcc 上，诊断表明：

/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20211221/include/c++/12.0.0/concepts:67:13:   required for the satisfaction of 'derived_from<typename std::__detail::__iter_concept_impl<_Iter>::type, std::contiguous_iterator_tag>' [with _Iter = Eigen::internal::pointer_based_stl_iterator<Eigen::Matrix<double, -1, 1, 0, -1, 1> >]
/opt/compiler-explorer/gcc-trunk-20211221/include/c++/12.0.0/concepts:67:28: note:   'std::contiguous_iterator_tag' is not a base of 'std::random_access_iterator_tag'
   67 |     concept derived_from = __is_base_of(_Base, _Derived)
      |                            ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

基本上，我们的类别是随机访问的，而不是连续的。

Eigen 正确执行此操作的方法是添加：

 template<typename XprType>
 class pointer_based_stl_iterator
 {
   enum { is_lvalue  = internal::is_lvalue<XprType>::value };
   typedef pointer_based_stl_iterator<typename internal::remove_const<XprType>::type> non_const_iterator;
   typedef pointer_based_stl_iterator<typename internal::add_const<XprType>::type> const_iterator;
   typedef typename internal::conditional<internal::is_const<XprType>::value,non_const_iterator,const_iterator>::type other_iterator;
   // NOTE: in C++03 we cannot declare friend classes through typedefs because we need to write friend class:
   friend class pointer_based_stl_iterator<typename internal::add_const<XprType>::type>;
   friend class pointer_based_stl_iterator<typename internal::remove_const<XprType>::type>;
 public:
   typedef Index difference_type;
   typedef typename XprType::Scalar value_type;
   typedef std::random_access_iterator_tag iterator_category;
+  typedef std::contiguous_iterator_tag iterator_concept;
   typedef typename internal::conditional<bool(is_lvalue), value_type*, const value_type*>::type pointer;
   typedef typename internal::conditional<bool(is_lvalue), value_type&, const value_type&>::type reference;
};

这将使其成为 C++20 连续迭代器。

或者，您可以在外部自己执行此操作，尽管这不是一个好主意（实际上，应该正确执行此操作的是 Eigen），并且必须在使用任何范围之前完成：

template <>
struct std::iterator_traits<I> {
    using iterator_concept = std::contiguous_iterator_tag;
    using iterator_category = std::random_access_iterator_tag;
    using value_type = typename I::value_type;
    using difference_type = typename I::difference_type;
};