std::ranges::begin和std::begin有什么区别？

Question

使用 std::begin 和新的 std::ranges::begin 有什么区别呢？（对于end，size等也是一样的。）

两者似乎工作方式相同：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <array>
#include <ranges>

template<std::ranges::range R>
void printInfo(const R &range)
{
    std::cout << (std::ranges::begin(range) == std::begin(range));
}

template<class T>
struct X
{
    std::vector<T> v;

    auto begin() const { return v.begin(); }
    auto end() const { return v.end(); }
};

int main()
{
    printInfo(std::vector{1, 2, 3, 4});
    printInfo(std::array{1, 2, 3, 4});
    printInfo(X<int>{{1, 2, 3, 4}});

    int oldSchool[]{1, 2, 3, 4};
    printInfo(oldSchool);
}

编译并打印输出1111，与预期相符。

ranges::begin 是否取代了 std::begin？还是两者具有不同的用例？

- SWdV

Answer 1

有一些区别。

首先，ranges::begin(x) 适用于所有范围，而 std::begin(x) 不是。后者不会在 begin 上进行 ADL 查找，因此指定为以下范围时：

struct R {
    ...
};
auto begin(R const&);
auto end(R const&);

这不起作用，这就是为什么你必须编写类似以下内容的东西：

using std::begin, std::end;
auto it = begin(r);

你不必使用ranges::begin进行两步操作。

其次，ranges::begin(x)更加安全。Ranges引入了一个名为“借用范围”的概念，它是一个可以安全地持有迭代器的范围。例如，vector<int>不是借用范围-因为一旦vector消失，数据也会消失。ranges::begin可以防止这种情况发生：

auto get_data() -> std::vector<int>;

auto a = std::begin(get_data());    // ok, but now we have a dangling iterator
auto b = ranges::begin(get_data()); // ill-formed

第三，ranges::begin和ranges::end有额外的类型检查。 ranges::begin(r)要求r.begin()或begin(r)的结果模型为input_or_output_iterator。ranges::end(r)要求ranges::begin(r)有效，并要求r.end()或end(r)的结果模型为sentinel_for<decltype(ranges::begin(r))>。也就是说-我们从begin和end得到的内容实际上是一个范围。

这意味着，例如：

struct X {
    int begin() const { return 42; }
};

X x;
auto a = std::begin(x);    // ok, a == 42
auto b = ranges::begin(x); // ill-formed, int is not an iterator

有时候你可能拥有一个迭代器类型，这个类型可以进行递增、解引用、比较等操作，但是却没有默认构造函数。这不符合C++20中input_or_output_iterator的要求，因此ranges::begin会失败。

第四个区别是，ranges::begin是一个函数对象，而std::begin是一组重载的函数模板：

auto f = ranges::begin; // ok
auto g = std::begin;    // error: which std::begin did you want?

第五点，一些范围自定义点对象除了调用该名称函数之外，还有其他的回退行为。 std::size(r) 总是调用名为 size 的函数（除非 r 是一个原始数组）。 std::empty(r) 总是调用名为 empty 的函数（除非 r 是一个原始数组，在这种情况下它只是 false，或者 r 是一个 initializer_list，在这种情况下 r.size() == 0）。但是，ranges::size 可以在 某些情况下 执行 ranges::end(r) - ranges::begin(r)（如果 size(r) 和 r.size() 不存在，则作为回退），就像 ranges::empty 可以在 某些情况下 执行 ranges::size(r) == 0 或 ranges::begin(r) == ranges::end(r) 一样。

- Barry

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阅读有关ranges v3中发生的所有底层内容总是一种乐趣。 - Viktor Sehr

那么 ranges::begin 等是否使得 std::begin 已经过时？或者在什么情况下还必须使用 std::begin 而不是 ranges::begin？ - cigien

@cigien 如果你的迭代器没有默认构造函数或缺少后缀递增等功能，那么 ranges::begin 会因为这些额外的类型检查而拒绝它们。 - Barry

啊，好的，我假设那样的迭代器是有效的？并且没有违反任何其他规则？ - cigien

@cigien 取决于您如何定义“有效”。如果它们不可默认构造，则它们不是有效的 C++20 input_or_output_iterator。 - Barry

感谢您的全面回答！所以如果我理解正确，通常没有理由在新代码中使用 std::begin，对吗？ 但是也许我们可以更进一步，从不使用 .begin()，因为 ranges::begin 具有借用范围检查，或者这样做会很傻？（另外不幸的是，它要冗长得多；这是 C++ 有时似乎“擅长”的事情） - SWdV