336

最近我收到了span<T>在我的代码中使用 's 的建议，或者在使用 's 的网站上看到了一些答案span- 据说是某种容器。但是 - 我在 C++17 标准库中找不到类似的东西。

那么这是什么神秘span<T>的，如果它是非标准的，为什么（或何时）使用它是一个好主意？

4

2 回答 2

396

它是什么？

一个span<T>是：

  • T内存中某处类型的连续值序列的非常轻量级的抽象。
  • 基本上有struct { T * ptr; std::size_t length; }一堆方便的方法。
  • 非拥有类型（即“引用类型”而不是“值类型”）：它从不分配或取消分配任何东西，也不使智能指针保持活动状态。

它以前称为 anarray_view甚至更早于array_ref.

我应该什么时候使用它？

一、什么时候不使用：

  • 不要在可能只使用任何一对开始和结束迭代器的代码中使用它，例如,std::sort和所有这些超通用模板化函数。std::find_ifstd::copy
  • 如果您有一个您知道适合您的代码的标准库容器（或 Boost 容器等），请不要使用它。它并不打算取代其中任何一个。

现在了解何时实际使用它：

当分配的长度或大小也很重要时，使用span<T>（分别span<const T>）而不是独立的T*（分别）。const T*因此，替换如下功能：

void read_into(int* buffer, size_t buffer_size);

和：

void read_into(span<int> buffer);

我为什么要使用它？为什么这是一件好事？

哦，跨度太棒了！使用span...

  • 意味着您可以使用指针+长度/开始+结束指针组合，就像使用花哨的、拉皮条的标准库容器一样，例如：

    • for (auto& x : my_span) { /* do stuff */ }
    • std::find_if(my_span.cbegin(), my_span.cend(), some_predicate);
    • std::ranges::find_if(my_span, some_predicate);（在 C++20 中）

    ...但绝对没有大多数容器类产生的开销。

  • 有时让编译器为你做更多的工作。例如，这个：

    int buffer[BUFFER_SIZE];
read_into(buffer, BUFFER_SIZE);

    变成这样：

    int buffer[BUFFER_SIZE];
read_into(buffer);

    ...这将做你想做的事。另见指南 P.5。

  • const vector<T>&当您希望数据在内存中连续时，是传递给函数的合理替代方法。再也不用被高大上的 C++ 大师骂了！

  • 有助于静态分析，因此编译器可能能够帮助您捕获愚蠢的错误。

  • 允许用于运行时边界检查的调试编译工具（即的方法将在...span中包含一些边界检查代码）#ifndef NDEBUG#endif

  • 表示您的代码（使用跨度）不拥有指向的内存。

使用spans 的动机甚至更多，您可以在C++ 核心指南中找到它- 但您会发现偏差。

但它在标准库中吗？

编辑：是的，std::span使用 C++20 版本的语言添加到 C++ 中！

为什么只在 C++20 中？好吧，虽然这个想法并不新鲜——它目前的形式是与C++ 核心指南项目一起构思的，该项目在 2015 年才开始形成。所以花了一段时间。

那么如果我正在编写 C++17 或更早版本，我该如何使用它呢？

它是核心指南的支持库 (GSL) 的一部分。实现：

  • Microsoft / Neil Macintosh 的GSL包含一个独立的实现：gsl/span
  • GSL-Lite是整个 GSL 的单头实现（没那么大，不用担心），包括span<T>.

GSL 实现通常假设一个实现 C++14 支持的平台 [ 11 ]。这些替代的单头实现不依赖于 GSL 设施：

请注意，这些不同的 span 实现在它们附带的方法/支持功能方面存在一些差异；它们也可能与 C++20 标准库中采用的版本有所不同。

进一步阅读：您可以在 C++17、P0122R7 之前的最终官方提案中找到所有细节和设计注意事项：跨度： Neal Macintosh 和 Stephan J. Lavavej的对象序列的边界安全视图。虽然有点长。此外，在 C++20 中，跨度比较语义发生了变化（在 Tony van Eerd 的这篇简短论文之后）。

于 2017-08-16T22:15:05.487 回答
29

Aspan<T>是这样的：

template <typename T>
struct span
{
    T * ptr_to_array;   // pointer to a contiguous C-style array of data
                        // (which memory is NOT allocated or deallocated 
                        // by the span)
    std::size_t length; // number of elements of type `T` in the array

    // Plus a bunch of constructors and convenience accessor methods here
}

它是 C 风格数组的轻量级包装器，C++ 开发人员在使用 C 库并希望用 C++ 风格的数据容器包装它们以实现“类型安全”和“C++ 风格”和“感觉良好”时首选”。:)

注意：我将上面定义的结构容器称为跨度，称为“围绕 C 样式数组的轻量级包装器”，因为它指向一块连续的内存，例如 C 样式数组，并用访问器方法和数组的大小。这就是我所说的“轻量级包装器”：它是指针和长度变量以及函数的包装器。

更进一步：

@einpoklum 很好地介绍了 aspan在他的答案中的含义。然而，即使在阅读了他的答案之后，对于 spans 新手来说，仍然很容易遇到一系列尚未完全回答的思路问题，例如：

  1. aspan与 C 数组有何不同？为什么不只使用其中之一？似乎它只是其中一种尺寸也已知的......
  2. 等等，这听起来像 a std::array，aspan和那有什么不同？
  3. 哦，这让我想起了，是不是也std::vector像一个std::array？
  4. 我很混乱。:( 是什么span？

因此，这里有一些额外的说明：

直接引用他的回答——我的补充和括号内的评论用粗体字和我的斜体字强调：

它是什么？

一个span<T>是：

  • 内存中某处类型的连续值序列的非常轻量级的抽象。T
  • 基本上是一个{ T * ptr; std::size_t length; }带有一堆便利方法的结构。（请注意，这与 a 明显不同，std::array<>因为 a通过指向 type的类型和长度（元素数）的指针span启用了与 相当的便利访问器方法，而它是一个包含一个或多个type值的实际容器。）std::arrayTTstd::arrayT
  • 非拥有类型（即“引用类型”而不是“值类型”）：它从不分配或取消分配任何东西，也不使智能指针保持活动状态。

它以前称为 anarray_view甚至更早于array_ref.

那些粗体部分对一个人的理解至关重要，所以不要错过它们或误读它们！Aspan不是结构的 C 数组，也不是类型 C 数组T加上数组长度的结构（这本质上就是std::array 容器），也不是指针结构的 C 数组typeT加上长度，而是一个包含一个指向 type的指针和length的单个结构，它是指向 type 的指针指向的连续内存块中的元素数（类型） ！通过这种方式，您添加的唯一开销是使用TTTspan是存储指针和长度的变量，以及您使用的任何便利访问器函数span。

这是 UNLIKE astd::array<>因为它std::array<>实际上为整个连续块分配内存，它是 UNLIKEstd::vector<>因为 astd::vector基本上只是 a每次它填满时std::array也会动态增长（通常大小加倍）并且你尝试向它添加其他东西. Astd::array的大小是固定的，aspan甚至不管理它指向的块的内存，它只是指向内存块，知道内存块有多长，知道 C 数组中的数据类型是什么在内存中，并提供方便的访问器函数来处理该连续内存中的元素。

它是C++ 标准的一部分：

std::span自 C++20 起，它是 C++ 标准的一部分。您可以在此处阅读其文档：https ://en.cppreference.com/w/cpp/container/span 。要了解如何在今天absl::Span<T>(array, length)的C++11 或更高版本中使用 Google ，请参见下文。

摘要描述和主要参考文献：

  1. std::span<T, Extent>（Extent=“序列中元素的数量，或者std::dynamic_extent如果是动态的”。跨度只指向内存并使其易于访问，但不管理它！）：
  2. https://en.cppreference.com/w/cpp/container/span
  3. std::array<T, N>（注意它有一个固定的大小N！）：
  4. https://en.cppreference.com/w/cpp/container/array
  5. http://www.cplusplus.com/reference/array/array/
  6. std::vector<T>（根据需要自动动态增长）：
  7. https://en.cppreference.com/w/cpp/container/vector
  8. http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/

今天如何span在 C++11 或更高版本中使用？

Google 以“Abseil”库的形式开源了他们内部的 C++11 库。该库旨在提供 C++14 到 C++20 以及在 C++11 及更高版本中工作的功能，以便您可以在今天使用明天的功能。他们说：

与 C++ 标准的兼容性

Google 已经开发了许多抽象，它们要么匹配或紧密匹配 C++14、C++17 及更高版本中包含的特性。使用这些抽象的 Abseil 版本允许您现在访问这些功能，即使您的代码还没有准备好在 C++11 后的世界中生存。

以下是一些关键资源和链接：

  1. 主站：https ://abseil.io/
  2. https://abseil.io/docs/cpp/
  3. GitHub存储库：https ://github.com/abseil/abseil-cpp
  4. span.h标头和absl::Span<T>(array, length)模板类：https ://github.com/abseil/abseil-cpp/blob/master/absl/types/span.h#L153

其他参考：

  1. C++中带有模板变量的结构
  2. 维基百科：C++ 类
  3. C++ 类/结构成员的默认可见性

有关的：

  1. [我对模板和跨度的另一个答案]如何制作跨度
于 2020-04-14T20:34:35.727 回答