面试题：C++ STL 迭代器end边界判断与模板元编程的结合

Question

使用模板元编程和`std::enable_if`，实现一个函数模板，该函数模板接收两个迭代器`it1`和`it2`，只有当这两个迭代器是同一容器类型，且在`it1`到`it2`（不包括`it2`，符合`end()`的边界判断逻辑）范围内的元素满足某个特定条件（例如所有元素都是偶数）时，函数才会被实例化。请写出完整的代码实现，并解释在模板元编程中如何精确处理`end()`迭代器的边界逻辑。

Answer 1

#include <iostream>
#include <vector>
#include <type_traits>
#include <iterator>

// 辅助函数，判断元素是否为偶数
template <typename T>
constexpr bool is_even(T value) {
    return value % 2 == 0;
}

// 主函数模板
template <typename It, typename = std::enable_if_t<
    std::is_same_v<typename std::iterator_traits<It>::iterator_category, std::random_access_iterator_tag> &&
    std::is_same_v<typename std::iterator_traits<It>::value_type, typename std::iterator_traits<std::remove_reference_t<decltype(*std::declval<It>())>>::value_type>
>>
bool check_range(It it1, It it2) {
    for (; it1 != it2; ++it1) {
        if (!is_even(*it1)) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

int main() {
    std::vector<int> vec = {2, 4, 6, 8};
    auto result = check_range(vec.begin(), vec.end());
    std::cout << "Range check result: " << (result? "true" : "false") << std::endl;
    return 0;
}

代码解释

1. is_even 函数：用于判断一个数是否为偶数。
2. check_range 函数模板：
   • 使用 std::enable_if_t 进行条件约束。
   • 第一个条件 std::is_same_v<typename std::iterator_traits<It>::iterator_category, std::random_access_iterator_tag> 确保传入的迭代器是随机访问迭代器，这样可以方便地进行范围检查。
   • 第二个条件 std::is_same_v<typename std::iterator_traits<It>::value_type, typename std::iterator_traits<std::remove_reference_t<decltype(*std::declval<It>())>>::value_type> 确保两个迭代器指向的元素类型相同。
   • 函数体遍历 it1 到 it2 的范围，检查每个元素是否为偶数。
3. main 函数：创建一个 std::vector<int> 并调用 check_range 函数，输出结果。

处理 end() 迭代器的边界逻辑

在模板元编程中，end() 迭代器的边界逻辑主要依赖于迭代器自身的特性和标准库的约定。通过 std::iterator_traits 获取迭代器的类型信息，如 iterator_category 来确保迭代器支持相应的操作（如随机访问）。在函数体中，使用 it1 != it2 作为循环条件，这是标准库中 end() 迭代器的边界判断逻辑，即 end() 迭代器指向容器最后一个元素的下一个位置，循环在 it1 到达 it2 时停止，不包括 it2 指向的位置。