【现代C++】范围库的应用

news2024/12/26 11:50:23

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C++20引入了范围库（Ranges library），它是标准模板库（STL）的一个扩展，提供了一种新的方式来处理序列和范围。这个库允许开发者以更声明式的方式编写代码，使得操作序列变得更简洁、更易读。以下是C++范围库的关键特性和使用示例：

1. `ranges::view` - 视图

视图是对数据范围的引用，而不会创建数据的副本。它们是延迟求值的，仅在需要时才计算元素。

#include <ranges>
#include <iostream>
#include <vector>

void viewExample() {
    std::vector<int> nums = {0, 1, 2, 3, 4, 5};
    auto evenNums = nums | std::views::filter([](int n) { return n % 2 == 0; });

    for (int n : evenNums) {
        std::cout << n << ' ';  // 输出：0 2 4
    }
}

2. `ranges::actions` - 动作

动作类似于算法，但它们可以直接修改容器。

#include <ranges>
#include <vector>
#include <iostream>

void actionExample() {
    std::vector<int> nums = {0, 1, 2, 3, 4, 5};
    nums |= std::ranges::actions::remove_if([](int n) { return n % 2 == 0; });

    for (int n : nums) {
        std::cout << n << ' ';  // 输出：1 3 5
    }
}

3. 管道操作

C++20范围库允许你以管道的方式链式调用算法，使得代码更加直观。

#include <ranges>
#include <iostream>
#include <vector>

void pipelineExample() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    auto result = nums
        | std::views::filter([](int n) { return n % 2 == 0; })
        | std::views::transform([](int n) { return n * n; });

    for (int n : result) {
        std::cout << n << ' ';  // 输出：4 16 36
    }
}

4. 惰性求值

范围操作通常是惰性求值的，这意味着计算会延迟进行，直到真正需要元素的值时才会执行。

#include <ranges>
#include <vector>
#include <iostream>

void lazyEvaluationExample() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    auto squares = nums | std::views::transform([](int n) { return n * n; });

    std::cout << *squares.begin() << std::endl;  // 输出：1 (只计算了第一个元素的平方)
}

5. 与现有STL算法的兼容性

C++20范围库设计时考虑了与现有STL算法的兼容性，让你可以无缝地在旧代码中应用新的范围功能。

#include <ranges>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>

void compatibilityExample() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    auto evenNums = nums | std::views::filter([](int n) { return n % 2 == 0; });

    std::cout << std::ranges::count(evenNums, 4) << std::endl;  // 输出：1
}