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「C/C++」C++20 之 #include＜ranges＞范围

news 2024/10/30 10:27:52

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一、背景和目的

在C++20之前，处理序列数据通常依赖于迭代器和手动循环操作，这不仅使代码变得复杂，还容易出错。<ranges>的引入旨在解决这些问题，提供一种更简洁、更易读、更安全且更高效的方式来操作数据序列。

二、主要组件

范围（Ranges）：
- 范围是一种统一的序列表示形式，它可以是一个数组、容器（如std::vector、std::list等）、字符串、文件流等一切能够返回一系列元素的数据源。
- 范围通过定义一系列标准要求，规定了怎样的对象可被视为一个范围。这些标准包括提供开始迭代器和结束标记等。
视图（Views）：
- 视图是范围的一种特殊形式，它提供了一种对数据的“视图”，而不实际拥有数据。
- 视图是惰性求值的，即操作直到真正需要结果时才会执行，这有助于提升效率。
- C++20提供了多种内置视图，如std::views::filter（过滤）、std::views::transform（变换）、std::views::take（取前N个元素）、std::views::drop（跳过前N个元素）等。
范围友好算法（Range-Algorithms）：
- 对传统STL库的算法进行了升级和扩展，使其可以直接作用于范围对象，并能充分利用视图的特性。
- 范围算法提供了丰富的功能，包括排序、查找、变换、筛选、分组等。
辅助工具：
- 一些工具函数，使得对范围的操作更为便捷。

三、关键概念

范围概念（Range Concept）：
- 范围概念是C++20中引入的一个核心特性，它描述了一组行为特征，而不用关心具体的类型。
- 符合范围概念的对象都可以被当作范围对象来处理。
借用范围（Borrowed Range）：
- 借用范围是指不会因为迭代而被消耗的数据序列，例如引用原始数据的视图或者引用类型的容器。
- 借用范围生命周期结束后，其迭代器仍然有效。

四、使用示例

以下是一些使用<ranges>的示例代码：

基本范围操作：

#include <vector>
#include <ranges>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};// 使用范围for循环for (int n : numbers) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

使用视图过滤和变换：

#include <vector>
#include <ranges>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};// 使用视图过滤偶数auto even_numbers = numbers | std::views::filter([](int n) { return n % 2 == 0; });// 使用视图变换auto squared_numbers = even_numbers | std::views::transform([](int n) { return n * n; });for (int n : squared_numbers) {std::cout << n << " "; // 输出: 4 16}std::cout << std::endl;return 0;
}

使用范围算法排序和查找：

#include <vector>
#include <ranges>
#include <algorithm>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> numbers = {5, 3, 1, 4, 2};// 使用范围算法排序std::ranges::sort(numbers);// 使用范围算法查找auto it = std::ranges::find(numbers, 3);if (it != numbers.end()) {std::cout << "Found: " << *it << std::endl; // 输出: Found: 3}return 0;
}