那么,本篇将开始学习另外一个特性ranges。
ranges是C++20的主要特性之一,其中"view"是比较重要的一部分。C++20之前,标准库的算法实现是基于迭代器来实现的,例如:std::sort。
std::sort(v.begin() + 2, v.end())
迭代器 + 算法能够完成一些复杂的操作,例如:我想要倒这排序:
std::sort(v.rbegin(), v.rend())
但是它也伴随着一些问题:
例如:现在有一个学生信息系统,我们想要计算年龄在21-25区间且GPA >= 3.5,求取满足前面条件的学生总GPA。C++17之前我们可以写出下面这样的伪代码:
std::vector<Student> students
std::vector<Student> selected;
std::copy_if(students.begin(), students.end(), std::back_inserter(selected),
[](const Student& student) {
return student.age >= 21 && student.age <= 25 && student.gpa >= 3.5;
});
double s = std::accumulate(
selected.begin(), selected.end(), 0.0,
[](double sum, const Student& student) { return sum + student.gpa; });
可以看到我们在过滤前面满足条件的学生信息时需要将其拷贝到selected,然后再对其求和。
C++20 引入了一种更为简洁、高效的写法,通过使用范围和管道操作符 |
连接多个操作,可以在不需要中间变量的情况下直接求和,例如:
double s = 0.0;
for (const auto& student :
students | std::views::filter([](const auto& s) {
return s.age >= 21 && s.age <= 25 && s.gpa >= 3.5;
}) | std::views::transform([](const auto& s) { return s.gpa; })) {
s += student;
}
可以看到多个算法之间无缝衔接,减少了中间临时变量的内存分配,其可读性也大大增加,通过管道|
将不同的操纵连接在一块。
接下来,让我们一起探讨C++20 ranges相关的内容。
1.range
range 是一种表示一个序列的抽象概念。它可以是任何具有迭代器的容器或者是一个定义了 begin()
和 end()
函数的对象。如 std::vector
、std::list
等都是范围的例子。对于数组,也可以视为范围。
2.view
view 是对 Range 的一种只读访问。它是一种惰性计算的方式,只有在需要的时候才会进行计算,这意味着它并不实际存储数据。例如:std::views::filter
和 std::views::transform
就是view的典型例子。它们允许我们对 range 进行筛选和转换,而不必实际创建新的容器。
3.algorithm
算法是对range或view进行操作的函数,例如:std::sort
、std::find
等都是算法的例子。
4.|
管道操作符|
,可以将视图与算法链接起来,将左侧的结果作为右侧的输入。它使得代码更为清晰、简洁。例如:students | std::views::filter(...)
将 students
范围传递给 std::views::filter
进行过滤操作,然后再将结果传递给后续的操作。
以上面的student计算为示例,在这个例子中我们使用了范围students通过|
作为视图filter的输入,然后将结果作为视图transform的输入,最后返回一个范围,基于这个范围进行循环,通过累加算法求和得到结果。
double s = 0.0;
for (const auto& student :
students | std::views::filter([](const auto& s) {
return s.age >= 21 && s.age <= 25 && s.gpa >= 3.5;
}) | std::views::transform([](const auto& s) { return s.gpa; })) {
s += student;
}
可以看到,使用range有如下好处:
例如:只有在*v.begin()
时才会去计算。
auto v = std::views::reverse(vec);
std::cout << *v.begin() << std::endl;
范围概念引入了不同的概念来描述不同类型的范围。这些概念有助于在泛型编程中更好地理解和限制范围的特性。以下是一些常用的范围概念:
https://en.cppreference.com/w/cpp/ranges
概念 | 描述 | 容器举例 |
---|---|---|
std::ranges::input_range | 可以从头到尾至少迭代一次 | std::forward_list、std::list、std::duque、std::array、std::vector |
std::ranges::forward_range | 可以从头到尾迭代多次 | std::forward_list、std::list、std::duque、std::array、std::vector |
std::ranges::bidirectional_range | 迭代器也可以向后移动-- | std::list、std::duque、std::array、std::vector |
std::ranges::random_access_range | 你可以在常数时间内跳转到元素 [] | std::duque、std::array、std::vector |
std::ranges::contiguous_range | 元素总是连续存储在内存中 | std::array、std::vector |
使用这个特性比较简单,只需要引入头文件,使用接口即可。
例如:过滤一堆数字当中的偶数。
#include <ranges>
auto evenNumbers = numbers | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; });
编译:指定-std即可。
g++ -std=c++20 main.cc -o main
编译器支持可以阅读下面清单:
https://en.cppreference.com/w/cpp/compiler_support/20
gcc >=10,clang >=13(partial),>=15全面支持