C++ Range详解

一、什么是C++ Range？

C++ Range是一个用于处理序列的库，它提供了一种简单且通用的方式来对序列进行操作。C++ Range提供了许多方便的、易于使用的操作，例如筛选、映射、排序、分组等等。C++ Range库在STL的基础上进行了扩展，提供了更加直观和易于使用的API。

下面是使用C++ Range库的一个简单示例：

#include 
#include 
#include 

int main() {
    std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    auto even_vec = vec | ranges::view::filter([](int i) {
        return i % 2 == 0;
    }); // 筛选出偶数

    auto doubled_vec = even_vec | ranges::view::transform([](int i) {
        return i * 2;
    }); // 将偶数乘以2

    for (const auto& i : doubled_vec) {
        std::cout << i << " "; // 输出 4 8
    }
    
    return 0;
}

二、C++ Range的基本用法

使用C++ Range库，我们可以通过流水线的方式对序列进行处理。流水线由一系列的操作（view）组成，每次操作都会返回一个新的视图（view），而不会修改原有的序列。这种操作方式可以避免频繁的拷贝，降低程序的开销。

下面是C++ Range库的一些基本用法：

1. 筛选（Filter）

ranges::view::filter函数可以用于筛选序列中符合条件的元素。该函数的参数为一个lambda表达式，表示筛选条件。例如：

std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};

auto even_vec = vec | ranges::view::filter([](int i) {
    return i % 2 == 0;
}); // 筛选出偶数

2. 映射（Transform）

ranges::view::transform函数可以用于对序列中的每个元素进行映射。该函数的参数为一个lambda表达式，表示映射方式。例如：

std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};

auto doubled_vec = vec | ranges::view::transform([](int i) {
    return i * 2;
}); // 将每个元素乘以2

3. 排序（Sort）

ranges::actions::sort函数可以用于对序列进行排序，它会改变原有的序列。该函数可以接受一个可选参数，表示排序方式。例如：

std::vector vec = {5, 3, 1, 4, 2};

ranges::actions::sort(vec); // 排序，默认方式为递增排序

ranges::actions::sort(vec, std::greater()); // 排序，递减排序

三、C++ Range库的高级特性

1. 元素访问器（Range Adaptor）

C++ Range库提供了许多常用的元素访问器，可以用于对序列进行操作。下面是一些常见的元素访问器：

ranges::view::take：获取序列中的前n个元素
ranges::view::drop：删除序列中的前n个元素
ranges::view::slice：获取序列中的一段子序列
ranges::view::join：合并多个序列为一个序列
ranges::view::group_by：按照某个条件对序列进行分组

2. 延迟求值（Lazy Evaluation）

C++ Range库使用延迟求值的方式来提高程序的效率。延迟求值是指在链式操作的过程中仅仅对所需要的部分进行计算，而不是对整个序列进行计算。例如：

std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};

auto even_vec = vec | ranges::view::filter([](int i) {
    return i % 2 == 0;
}); // 筛选出偶数

auto doubled_vec = even_vec | ranges::view::transform([](int i) {
    return i * 2;
}); // 将每个元素乘以2

auto first_element = doubled_vec.front(); // 只计算第一个元素，其他元素并未计算

3. 惰性容器（Range Generator）

除了对序列进行操作之外，C++ Range库还提供了一些惰性容器，可以用于生成序列。这些容器通常是无限序列，可以用于生成随机数、无限递归序列等等。

下面是几种常见的惰性容器：

ranges::views::single：生成只包含一个元素的序列
ranges::views::ints：生成一个递增的整数序列
ranges::views::generate：生成一个无限序列，其中每个元素都是通过调用给定的生成函数得到的

下面是使用惰性容器生成序列的一个简单示例：

auto inf_seq = ranges::views::ints(1) | ranges::view::transform([](int i) {
    return i * 2;
}); // 生成一个无限序列，其中每个元素都是前一个元素的两倍

auto first_five = inf_seq | ranges::view::take(5); // 取前五个元素

for (const auto& i : first_five) {
    std::cout << i << " "; // 输出 2 4 6 8 10
}

四、总结

本文介绍了C++ Range库的基本用法和高级特性，包括元素访问器、延迟求值和惰性容器等等。使用C++ Range库可以避免频繁的拷贝和修改原有的序列，提高程序的效率。C++ Range库的API简单、直观，易于使用。

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