有没有办法使用基于范围的 for 循环迭代最多 N 个元素？

Question

有没有一种很好的方法可以使用标准库中基于范围的 for 循环 and/or 算法来迭代容器中最多 N 个元素（这就是重点，我知道我可以只使用带有条件的“旧”for 循环）。

基本上，我正在寻找与此 Python 代码相对应的内容：

for i in arr[:N]:
    print(i)

Answer 1

您可以使用旧的 break 在需要时手动中断循环。它甚至适用于基于范围的循环。

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> a{2, 3, 4, 5, 6};
    int cnt = 0;
    int n = 3;
    for (int x: a) {
       if (cnt++ >= n) break;
       std::cout << x << std::endl;
    }
}

Answer 2

这是适用于我能想到的所有前向迭代器的最便宜的保存解决方案：

auto begin = std::begin(range);
auto end = std::end(range);
if (std::distance(begin, end) > N)
    end = std::next(begin,N);

这可能运行通过范围几乎两次，但我看不出有其他方法可以获取范围的长度。

Answer 3

如果您的容器没有（或可能没有）RandomAccessIterator，仍然有办法给这只猫换皮：

int cnt = 0;
for(auto it=container.begin(); it != container.end() && cnt < N ; ++it,++cnt) {
  //
}

至少对我来说，它的可读性很强:-)。无论容器类型如何，它都具有 O(N) 复杂度。

Answer 4

因为我个人会使用 or answer (+1 for both), just for increasing your knowledge - there are boost adapters you can use. For your case - the sliced 似乎最合适：

#include <boost/range/adaptor/sliced.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>

int main(int argc, const char* argv[])
{
    std::vector<int> input={1,2,3,4,5,6,7,8,9};
    const int N = 4;
    using boost::adaptors::sliced;
    for (auto&& e: input | sliced(0, N))
        std::cout << e << std::endl;
}

重要说明：sliced 要求 N 不大于 distance(range) - 因此更安全（更慢）的版本如下：

    for (auto&& e: input | sliced(0, std::min(N, input.size())))

所以 - 再一次 - 我会使用更简单的旧 C/C++ 方法（你想在你的问题中避免这种情况；）

Answer 5

此解决方案不会超过 end()，对于 std::list（不使用 std::distance）具有 O(N) 的复杂性，适用于 std::for_each，并且只需要 ForwardIterator:

std::vector<int> vect = {1,2,3,4,5,6,7,8};

auto stop_iter = vect.begin();
const size_t stop_count = 5;

if(stop_count <= vect.size())
{
    std::advance(stop_iter, n)
}
else
{
    stop_iter = vect.end();
}

std::for_each(vect.vegin(), stop_iter, [](auto val){ /* do stuff */ });

它唯一不能做的是与 InputIterator 一起工作，例如 std::istream_iterator - 你必须为此使用外部计数器。

Answer 6

C++ 很棒，因为您可以编写自己的可怕解决方案并将它们隐藏在抽象层下

#include <vector>
#include <iostream>

//~-~-~-~-~-~-~- abstraction begins here ~-~-~-~-~-//
struct range {
 range(std::vector<int>& cnt) : m_container(cnt),
   m_end(cnt.end()) {}
 range& till(int N) {
     if (N >= m_container.size())
         m_end = m_container.end();
     else
        m_end = m_container.begin() + N;
     return *this;
 }
 std::vector<int>& m_container;
 std::vector<int>::iterator m_end;
 std::vector<int>::iterator begin() {
    return m_container.begin();
 }
 std::vector<int>::iterator end() {
    return m_end;
 }
};
//~-~-~-~-~-~-~- abstraction ends here ~-~-~-~-~-//

int main() {
    std::vector<int> a{11, 22, 33, 44, 55};
    int n = 4;

    range subRange(a);        
    for ( int i : subRange.till(n) ) {
       std::cout << i << std::endl; // prints 11, then 22, then 33, then 44
    }
}

Live Example

上面的代码显然缺少一些错误检查和其他调整，但我只是想表达清楚。

这是有效的，因为 range-based for loops 生成类似于以下的代码

{
  auto && __range = range_expression ; 
  for (auto __begin = begin_expr,
       __end = end_expr; 
       __begin != __end; ++__begin) { 
    range_declaration = *__begin; 
    loop_statement 
  } 
}

cfr。 begin_expr 和 end_expr

Answer 7

这是一个索引迭代器。主要是样板文件，省略了，因为我很懒。

template<class T>
struct indexT
 //: std::iterator< /* ... */ > // or do your own typedefs, or don't bother
{
  T t = {};
  indexT()=default;
  indexT(T tin):t(tin){}
  indexT& operator++(){ ++t; return *this; }
  indexT operator++(int){ auto tmp = *this; ++t; return tmp; }
  T operator*()const{return t;}
  bool operator==( indexT const& o )const{ return t==o.t; }
  bool operator!=( indexT const& o )const{ return t!=o.t; }
  // etc if you want full functionality.
  // The above is enough for a `for(:)` range-loop
};

它包装了一个标量类型 T，并在 * returns 上包装了一个副本。有趣的是，它也适用于迭代器，这在这里很有用，因为它让我们可以有效地从指针继承：

template<class ItA, class ItB>
struct indexing_iterator:indexT<ItA> {
  ItB b;
  // TODO: add the typedefs required for an iterator here
  // that are going to be different than indexT<ItA>, like value_type
  // and reference etc.  (for simple use, not needed)
  indexing_iterator(ItA a, ItB bin):ItA(a), b(bin) {}
  indexT<ItA>& a() { return *this; }
  indexT<ItA> const& a() const { return *this; }
  decltype(auto) operator*() {
    return b[**a()];
  }
  decltype(auto) operator->() {
    return std::addressof(b[**a()]);
  }
};

索引迭代器包装了两个迭代器，其中第二个迭代器必须是随机访问的。它使用第一个迭代器获取索引，然后使用该索引从第二个迭代器中查找值。

接下来，我们有一个范围类型。 SFINAE 改进版可以在很多地方找到。它使得在 for(:) 循环中遍历一系列迭代器变得容易：

template<class Iterator>
struct range {
  Iterator b = {};
  Iterator e = {};
  Iterator begin() { return b; }
  Iterator end() { return e; }
  range(Iterator s, Iterator f):b(s),e(f) {}
  range(Iterator s, size_t n):b(s), e(s+n) {}
  range()=default;
  decltype(auto) operator[](size_t N) { return b[N]; }
  decltype(auto) operator[] (size_t N) const { return b[N]; }\
  decltype(auto) front() { return *b; }
  decltype(auto) back() { return *std::prev(e); }
  bool empty() const { return begin()==end(); }
  size_t size() const { return end()-begin(); }
};

这里有一些帮助程序可以使 indexT 范围内的工作变得容易：

template<class T>
using indexT_range = range<indexT<T>>;
using index = indexT<size_t>;
using index_range = range<index>;

template<class C>
size_t size(C&&c){return c.size();}
template<class T, std::size_t N>
size_t size(T(&)[N]){return N;}

index_range indexes( size_t start, size_t finish ) {
  return {index{start},index{finish}};
}
template<class C>
index_range indexes( C&& c ) {
  return make_indexes( 0, size(c) );
}
index_range intersect( index_range lhs, index_range rhs ) {
  if (lhs.b.t > rhs.e.t || rhs.b.t > lhs.b.t) return {};
  return {index{(std::max)(lhs.b.t, rhs.b.t)}, index{(std::min)(lhs.e.t, rhs.e.t)}};
}

好的，差不多了。

index_filter_it 采用一系列索引和一个随机访问迭代器，并将一系列索引迭代器放入该随机访问迭代器的数据中：

template<class R, class It>
auto index_filter_it( R&& r, It it ) {
  using std::begin; using std::end;
  using ItA = decltype( begin(r) );
  using R = range<indexing_iterator<ItA, It>>;
  return R{{begin(r),it}, {end(r),it}};
}

index_filter 获取一个 index_range 和一个随机访问容器，与它们的索引相交，然后调用 index_filter_it:

template<class C>
auto index_filter( index_range r, C& c ) {
  r = intersect( r, indexes(c) );
  using std::begin;
  return index_filter_it( r, begin(c) );
}

现在我们有：

for (auto&& i : index_filter( indexes(0,6), arr )) {
}

还有中提琴，我们有大型乐器。

live example

可以使用更高级的过滤器。

size_t filter[] = {1,3,0,18,22,2,4};
using std::begin;
for (auto&& i : index_filter_it( filter, begin(arr) ) )

将访问arr中的1、3、0、18、22、2、4。但是，它不会进行边界检查，除非 arr.begin()[] 边界检查。

上面的代码可能有错误，你应该直接使用boost。

如果您在 indexT 上实施 - 和 []，您甚至可以菊花链连接这些范围。

Answer 8

首先我们写一个在给定索引处停止的迭代器：

template<class I>
class at_most_iterator
  : public boost::iterator_facade<at_most_iterator<I>,
                  typename I::value_type,
                  boost::forward_traversal_tag>
{
private:
  I it_;
  int index_;
public:
  at_most_iterator(I it, int index) : it_(it), index_(index) {}
  at_most_iterator() {}
private:
  friend class boost::iterator_core_access;

  void increment()
  {
    ++it_;
    ++index_;
  }
  bool equal(at_most_iterator const& other) const
  {
    return this->index_ == other.index_ || this->it_ == other.it_;
  }
  typename std::iterator_traits<I>::reference dereference() const
  {
    return *it_;
  }
};

我们现在可以编写一个算法来从给定范围内生成此迭代器的 rage:

template<class X>
boost::iterator_range<
  at_most_iterator<typename X::iterator>>
at_most(int i, X& xs)
{
  typedef typename X::iterator iterator;
  return std::make_pair(
            at_most_iterator<iterator>(xs.begin(), 0),
            at_most_iterator<iterator>(xs.end(), i)
        );
}

用法：

int main(int argc, char** argv)
{
  std::vector<int> xs = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
  for(int x : at_most(5, xs))
    std::cout << x << "\n";
  return 0;
}

Answer 9

自 C++20 you can add the range adaptor std::views::take from the Ranges library to your range-based for loop. This way you can implement a similar solution to the one in 以来，但未使用 Boost：

int main() {
    std::vector<int> v {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
    const int N = 4;

    for (int i : v | std::views::take(N))
        std::cout << i << std::endl;
        
    return 0;
}

这个解决方案的好处是 N 可能比向量的大小大。这意味着，对于上面的示例，使用 N = 13 是安全的；然后将打印完整的矢量。

Code on Wandbox

有没有办法使用基于范围的 for 循环迭代最多 N 个元素？

Is there a way to iterate over at most N elements using range-based for loop?

c++

stl

c++11

c++14