const_iterator和iterator的比较是否被明确定义？

Question

考虑以下代码：

#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{
    std::vector<int> vec{1,2,3,5};
    for(auto it=vec.cbegin();it!=vec.cend();++it)
    {
        std::cout << *it;
        // A typo: end instead of cend
        if(next(it)!=vec.end()) std::cout << ",";
    }
    std::cout << "\n";
}

在比较中，我使用了错误的函数名vec.end()而不是vec.cend()。在gcc 5.2上似乎达到了预期的效果。但是根据标准，这是否被定义良好呢？iterator和const_iterator可以安全地进行比较吗？

- Ruslan

Answer 1

令人惊讶的是，C++98和C++11都没有明确说明你可以将iterator与const_iterator进行比较。这导致了LWG问题179和LWG问题2263。现在在C++14中， § 23.2.1 [container.requirements.general] p7 明确允许这样比较。

在表达式中

i == j
i != j
i < j
i <= j
i >= j
i > j
i - j

其中i和j表示容器的iterator类型的对象，一个或两个对象都可以被替换为容器的const_iterator类型的对象，这些对象引用相同的元素，并且不会改变语义。

- cpplearner

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这仅意味着来自同一对象并匹配“容器”概念的const和非const迭代器可以安全地进行比较。但是，您不能对其他迭代器做出这样的假设。 - ABu

Answer 2

C++11标准中第23.2.1节的Table 96为任何容器类型X（包括std::vector）定义了a.cend()的操作语义，如下所示:

const_cast<X const &>(a).end()

所以答案是肯定的，因为按照这个定义，cend() 和 end() 在容器中引用相同的元素/位置，并且 X::iterator 必须可以转换为 X::const_iterator（这也是同一表格^(*)中指定的要求）。

（出于相同的原因，在相同的表格中定义了 begin() vs. cbegin() 也是肯定的。）

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^(*)评论中已经指出，可转换性并不一定意味着比较操作 i1==i2 总是有效，例如如果 operator==() 是迭代器类型的成员函数，则对于右手参数，而不是左手参数，将接受隐式转换。24.2.5/6（关于前向迭代器 a 和 b）规定：

 

如果 a 和 b 都是可解引用的，则当且仅当 *a 和 *b 绑定到相同的对象时，a == b。

即使迭代器 end() 和 cend() 不可解引用，上述语句也意味着 operator==() 必须以比较方式定义，即使 a 是 const 迭代器，b 不是，反之亦然，因为 24.2.5 是关于前向迭代器的一般性描述，包括 const 和非 const 版本 -- 这一点从 24.2.5/1 显然。这就是为什么我相信来自表格 96 的措辞，它涉及可转换性，也意味着可比性。但正如 cpplearner@ 后来的答案所描述的那样，这只在 C++14 中明确说明了。

- jogojapan

Answer 3

X::iterator

[...]

任何符合前向迭代器要求的迭代器类型。

可转换为 X::const_iterator

所以，是的，它是明确定义的。

- Christian Hackl

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“Convertible”并不意味着“可比较”。 - cpplearner

例如，可转换性并不排除比较运算符以成员函数实现的情况，意味着i < ci解析为i.operator <(ci)，其中不考虑对i进行任何转换。标准中可能会有其他保证，但如果有的话，应该在答案中说明。 - user743382

@hvd：幸运的是，在提问者的代码中，const_iterator在比较的左侧，而普通迭代器在右侧。因此它被转换了。或者我猜我们可以说这很不幸，因为这意味着编译器没有捕捉到对end()的意外使用。 - Steve Jessop

@SteveJessop 这只是一个例子。另一个例子是运算符根本不接受 const_iterator，而只接受 const_iterator 隐式可转换的类型，需要两个用户定义的转换。第三个例子是一个模板比较运算符，其中类型参数无法推导出来，因为存在 const_iterator/iterator 不匹配的情况。（幸运的是，现在有一个答案显示了标准中的额外要求。） - user743382