面试题：C++模板与类型推导及约束

Question

在C++20中，concepts用于对模板参数进行约束。请实现一个模板函数，它接受两个迭代器参数，要求这两个迭代器必须是随机访问迭代器，并且能处理不同类型但兼容的迭代器（如`std::vector<int>::iterator`和`std::vector<double>::iterator`），在函数内部对迭代器指向的元素进行加法操作（假设元素类型支持加法）。请详细说明如何利用concepts和类型推导来实现此功能。

Answer 1

1. 引入必要的头文件：

   #include <iostream>
   #include <vector>
   #include <concepts>
   

2. 定义概念：

   template <typename It>
   concept RandomAccessIterator = std::is_convertible_v<
       typename std::iterator_traits<It>::iterator_category,
       std::random_access_iterator_tag>;
   

   这里定义了一个名为RandomAccessIterator的概念，用于判断一个类型It是否是随机访问迭代器。std::is_convertible_v用于检查迭代器的类别是否可以转换为std::random_access_iterator_tag。
3. 实现模板函数：

   template <RandomAccessIterator It1, RandomAccessIterator It2>
   requires std::same_as<typename std::iterator_traits<It1>::value_type,
                         typename std::iterator_traits<It2>::value_type>
   void addElements(It1 first1, It1 last1, It2 first2) {
       auto it1 = first1;
       auto it2 = first2;
       while (it1 != last1) {
           *it1 = *it1 + *it2;
           ++it1;
           ++it2;
       }
   }
   

   模板函数addElements接受两个随机访问迭代器It1和It2。requires子句用于进一步约束，确保两个迭代器指向的元素类型相同（使用std::same_as）。在函数内部，通过迭代两个迭代器，对指向的元素进行加法操作。
4. 测试函数：

   int main() {
       std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3};
       std::vector<int> vec2 = {4, 5, 6};
       addElements(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin());
       for (int num : vec1) {
           std::cout << num << " ";
       }
       return 0;
   }
   

   在main函数中，创建两个std::vector<int>，调用addElements函数对其元素进行加法操作，并输出结果。

通过上述步骤，利用concepts定义了迭代器的约束，通过类型推导确定迭代器类型，从而实现了对随机访问迭代器指向元素的加法操作。