标准的空参数类型，功能类似于 void

Question

标准中是否有功能类似于void的类型？也就是说，参数列表中实际上省略了一些东西，比如标签式结构？

void foo(){}
void foo(std::empty_type){}
// assembly for these two should be the same, no arguments

我的用例：我正在编写自己的基于范围的 for 迭代器对象。问题是返回的对象足以检查它是否在最后（我包装了一个 API）。这种基于范围的 for 受到了很多打击，任何微小的优化都会大大提高代码性能。问题是，我不能根据标准声明一元 operator != 也不能声明类型 void 的符号，所以我想用大小为 0.[=18 的对象来模拟它=]

我可以使用什么类型来提示编译器完全忽略参数？ std::monostate 之类的东西会起作用吗？根据我在 MSVC 上的测试，using empty_type = struct {} 不是解决方案。

Answer 1

The issue is that the object returned is sufficient for checking if it's at the end (I am wrapping an API).

C++20 将此识别为一个 "Iterator/Sentinel" 范围，它取代了传统的 "Iterator/Iterator" 模型，该模型要求两个迭代器是同一类型。 C++17 实际上是先发制人地扩展以支持这样的构造，因为 C++14 和之前要求基于范围的 for 循环范围的 begin 和 end 迭代器类型是同一类型。 C++17 对此进行了更改以允许不同的类型。

Sentinel 是一种类似于结束迭代器而不是迭代器的类型。事实上，the only real requirement of a Sentinel 是它可以与与之配对的 Iterator 进行相等性测试。任何测试等于其标记的迭代器都被认为是范围的末尾。

显然另一个 Iterator 是 Sentinel。但是 Sentinel 不必是 Iterator 的事实是强大的。

如果您有一个不是迭代器的 Sentinel 值，则 Sentinel 不执行任何操作的可能性很大。在大多数此类情况下，迭代器恰好存储了确定它是否在末尾所需的所有信息。 istream_iterator 和类似的基于流的迭代器就是这样的例子，它们可以有 Sentinels（它们没有，因为它们早于 Sentinel 范式。相反，这样一个范围的 "end" 迭代器是默认的-构造的迭代器）。所以你的 operator== 只是一种调用 Iterator.IsEnd() 或任何需要的功能的方法。

What type can I use to hint to the compiler to omit the argument altogether?

None。不过没关系，因为你不需要。

让我们看看我们的 Sentinel 值将存在于何处。在大多数情况下，Sentinel 只是触发 operator== 调用的一种方式，Sentinel 是单态的。这是一个独特的类型（重要，因为我们不希望 istream Sentinel 类型能够与计数范围或其他一些废话一起使用），但如果它有一个成员函数，它只是 operator==.

这意味着范围类型不需要存储哨兵；它只需要 end 产生一个。所以它 returns 新创建的 Sentinel 的纯右值。

由于C++中的（完整）对象需要占用存储空间，所以它的大小在1到4字节之间。最坏的情况是，堆栈上有一个 4 字节的对象。

接下来，range-for 将在 Iterator/Sentinel 对上调用 operator==。好吧，基本上没有理由不创建这个函数 inline，因为这个函数所做的只是在迭代器上调用一个函数，所以编译器（优化）没有理由不内联函数。

一旦内联...编译器可以看到 Sentinel 没有做任何事情。由于该函数是内联的，因此不会作为参数传递。而且它实际上并没有被内联代码使用；它只是坐在那里。

最坏的情况是，编译器会在堆栈上留下一个 4 字节的对象，它什么都不做。但更有可能的是，编译器会删除它。

但如果您不想相信我的话，我会向您展示 nul_terminator，一个指向以 NUL 结尾的字符串的 const char* 迭代器的 Sentinel。自然地，operator== 取消引用迭代器并针对 0.

对其进行测试

struct nul_terminator {};

//This code is C++17, since C++20 support is spotty, but you only need one of these in C++20.
bool operator==(const char *it, nul_terminator) {return *it == 0;}
bool operator==(nul_terminator, const char *it) {return *it == 0;}
bool operator!=(const char *it, nul_terminator) {return *it != 0;}
bool operator!=(nul_terminator, const char *it) {return *it != 0;}

class string_range
{
public:
    const char *begin() {return str_;}
    nul_terminator end() {return {};}

    string_range(const char *str) : str_(str) {}

private:
    const char *str_;
};

int manual_sum_values_of_string(const char *str)
{
    int accum = 0; //Just to give the function something to do, so the optimizer doesn't make it go away.
    for(; *str != 0; ++str)
        accum += *str;

    return accum;
}
int range_sum_values_of_string(string_range str)
{
    int accum = 0; //Just to give the function something to do, so the optimizer doesn't make it go away.
    for(auto ch : str)
        accum += ch;
    return accum;
}

如果您 look at the assembly output from the three major compilers 表示 manual_sum_values_of_string 与 range_sum_values_of_string，您会发现它们实际上是相同的。我不是说 "there's overhead, but you can ignore it"。我是说 "the same, except the order of a couple of non-dependent opcodes is swapped."

GCC 在优化级别 1 下产生相同的结果，而 Clang 和 MSVC 需要 O2 才能获得相同的结果。

基本上：不用担心。编译器很聪明，所以让他们做他们的工作吧。

Answer 2

这就是哨兵的用途。

我假设您的迭代器看起来像这样：

struct iterator {
    // ... usual iterator interface ...

    // iterator knows when it's done
    bool is_done() const;
};

您可以创建自己的哨兵类型：

struct is_done_sentinel { };

添加它们之间的比较（在C++20中只是一个运算符，在C++17中你必须写全部四个）：

bool operator==(iterator const& lhs, is_done_sentinel ) {
    return lhs.is_done(); // adjust as appropriate for your actual iterator
}

然后以你的范围return这个哨兵作为结束：

struct range {
    iterator begin();
    is_done_sentinel end() { return {}; }
};

这将具有您想要的行为：当迭代器完成时您的范围结束，并且检查没有开销。

标准的空参数类型，功能类似于 void

Standard empty argument type functioning like void

c++

c++20