范围库 (C++20)

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C++
 
范围库
范围适配器
 

范围库是对迭代器和泛型算法库的一个扩展，使得迭代器和算法可以通过组合变得更强大，并且减少错误。

范围库创造并操作范围视图，它们是间接表示可遍历的序列（范围）的轻量对象。 范围是对以下内容的抽象：

  • [begin, end) – 迭代器对，例如，范围可以从容器隐式转换而得。所有接受迭代器对的算法现在都有接受范围的重载（例如 ranges::sort）
  • begin + [​0​, size) – 计数的序列，例如 views::counted 返回的范围
  • [begin, 谓词) – 按条件终止的序列，例如 views::take_while 返回的范围
  • [begin, ..) – 无界序列，例如 views::iota 返回的范围

范围库包括急切应用到范围上的范围算法，和惰性地应用到视图上的范围适配器。适配器可以组合成管线，它们的动作在视图迭代时实际发生。

在标头 <ranges> 定义
namespace std {

    namespace views = ranges::views;

}
 (C++20 起)

提供命名空间别名 std::views，作为 std::ranges::views 的缩写。

在命名空间 std::ranges 定义
范围访问
在标头 <ranges> 定义
在标头 <iterator> 定义
(C++20)
 返回指向范围起始的迭代器
(定制点对象)
(C++20)
 返回指示范围结尾的哨位
(定制点对象)
(C++20)
 返回指向只读范围起始的迭代器
(定制点对象)
(C++20)
 返回指示只读范围结尾的哨位
(定制点对象)
(C++20)
 返回指向范围的逆向迭代器
(定制点对象)
(C++20)
 返回指向范围的逆向尾迭代器
(定制点对象)
(C++20)
 返回指向只读范围的逆向迭代器
(定制点对象)
(C++20)
 返回指向只读范围的逆向尾迭代器
(定制点对象)
(C++20)
 返回等于范围大小的整数
(定制点对象)
(C++20)
 返回等于范围大小的有符号整数
(定制点对象)
(C++20)
 检查范围是否为空
(定制点对象)
(C++20)
 获得指向连续范围的起始的指针
(定制点对象)
(C++20)
 获得指向只读连续范围的起始的指针
(定制点对象)
范围原语
在标头 <ranges> 定义
(C++20)(C++23)(C++20)(C++23)
 获取范围的迭代器和哨位类型
(别名模板)
(C++20)(C++20)(C++20)
 取得范围的大小类型、差类型和值类型
(别名模板)
(C++20)(C++23)(C++20)(C++20)
 取得范围的引用类型
(别名模板)
悬垂迭代器处理
在标头 <ranges> 定义
(C++20)
 占位类型，指示不应返回迭代器或子范围，因为它可能悬垂
(类)
(C++20)
 获得塑造 borrowed_range 的迭代器类型或子范围类型
(别名模板)
其他工具
在标头 <ranges> 定义
(C++23)
 将范围标记为当作序列而非单个值对待
(类模板)
范围概念
在标头 <ranges> 定义
(C++20)
 指定类型为范围，即它同时提供 begin 迭代器和 end 哨位
(概念)
(C++20)
 指定类型为 range 而且能安全返回从该类型表达式获得的迭代器而无悬垂之虞
(概念)
(C++20)
 指定类型为可在常数时间内知晓大小的范围
(概念)
(C++20)
 指定范围为视图，即它拥有常数时间的复制/移动/赋值
(概念)
(C++20)
 指定范围的迭代器类型满足 input_iterator
(概念)
(C++20)
 指定范围的迭代器类型满足 output_iterator
(概念)
(C++20)
 指定范围的迭代器类型满足 forward_iterator
(概念)
(C++20)
 指定范围的迭代器类型满足 bidirectional_iterator
(概念)
(C++20)
 指定范围的迭代器类型满足 random_access_iterator
(概念)
(C++20)
 指定范围的迭代器类型满足 contiguous_iterator
(概念)
(C++20)
 指定范围拥有相同的迭代器和哨位类型
(概念)
(C++20)
 指定针对 range 的要求，令其可安全转换为 view
(概念)
(C++23)
 指定范围的所有元素只读
(概念)
范围转换
在标头 <ranges> 定义
(C++23)
 从输入范围构造一个新的非视图对象
(函数模板)
视图
在标头 <ranges> 定义
(C++20)
 用于定义 view 的辅助类模板，使用奇特重现模板模式
(类模板)
(C++20)
 将迭代器/哨位对结合为一个 view
(类模板)

范围工厂

在标头 <ranges> 定义
在命名空间 std::ranges 定义
(C++20)
 无元素的空 view
(类模板) (变量模板)
(C++20)
 含有具有指定值的单个元素的 view
(类模板) (定制点对象)
(C++20)
 由通过重复对某个初值自增所生成的序列组成的 view
(类模板) (定制点对象)
(C++23)
 由重复产出同一值生成的序列组成的 view
(类模板) (定制点对象)
(C++20)
 由在关联的输入流上相继应用 operator>> 获得的元素组成的 view
(类模板) (定制点对象)

范围适配器

在标头 <ranges> 定义
在命名空间 std::ranges 定义
(C++23)
 用于定义范围适配器闭包对象的辅助基类模板
(类模板)
(C++20)
 包含 range 的所有元素的 view
(别名模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 某个其他 range 的元素的 view
(类模板)
(C++20)
 拥有某 range 的独占所有权的 view
(类模板)
(C++23)
 由将序列所有元素转换为右值组成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 由 range 中满足某个谓词的元素构成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 对序列的每个元素应用某个变换函数的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 由另一 view 的前 N 个元素组成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 由另一 view 的到首个谓词返回 false 为止的起始元素组成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 由另一 view 跳过前 N 个元素组成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 由另一 view 跳过元素的起始序列，直至首个使谓词返回 false 的元素组成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 由拉平 range 组成的 view 所获得的序列构成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++23)
 由拉平范围组成的视图并以分隔符间隔所获得的序列构成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 用某个分隔符切割另一 view 所获得的子范围的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 用某个分隔符切割另一 view 所获得的子范围的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++26)
 连接所适配各视图而组成的 view
(类模板) (定制点对象)
(C++20)
 从迭代器和计数创建子范围
(定制点对象)
(C++20)
 转换 view 为 common_range
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 以逆序迭代另一双向视图上的元素的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++23)
 转换 view 为 constant_range
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 选取 tuple-like 值组成的 view 和数值 N，产生每个元组的第 N 个元素组成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 选取对偶式值组成的 view 并产生每个对偶的第一元素的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 接受一个由对偶式值组成的 view 并产生每个对偶的第二元素组成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++23)
 将被适配视图的各元素映射为元素位置和其值组成的元组的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++23)
 到被适配视图的对应元素的引用元组组成的 view
(类模板) (定制点对象)
(C++23)
 由应用变换函数到被适配视图的对应元素的结果组成的 view
(类模板) (定制点对象)
(C++23)
 由到被适配视图的相邻元素的引用的元组组成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++23)
 由应用变换函数到被适配视图的相邻元素的结果组成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++23)
 另一个视图元素的 N 大小不重叠的连续块组成的 view 的范围
(类模板) (范围适配器对象)
(C++23)
 第 M 个元素是另一 view 从第 M 到第 (M + N - 1) 个元素的 view 构成的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++23)
 在给定谓词返回 false 的每一对相邻元素处，将 view 切分为子范围
(类模板) (范围适配器对象)
(C++23)
 由另一 view 的元素每次前进 N 步所获得的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++23)
 计算各适配视图的 n 元笛卡尔积所得的元组组成的 view
(类模板) (定制点对象)

范围生成器

在标头 <generator> 定义
在命名空间 std 定义
(C++23)
 表示同步协程生成器的 view
(类模板)

辅助项

范围适配器对象

见范围适配器对象 (RangeAdaptorObject) 。

范围适配器闭包对象

见范围适配器闭包对象 (RangeAdaptorClosureObject) 。

定制点对象

见定制点对象。

可赋值的包装器

某些范围适配器使用 copyable-box (C++23 前)movable-box (C++23 起) 来包装它的元素或函数对象。必要时，包装器会以可赋值性增强被包装对象。

非传播缓存

某些范围适配器是通过 non-propagating-cache 这一仅用于阐述的类模板指定的，它的行为与 std::optional<T> 几乎相同（不同之处请参见说明）。

条件性 const 类型

template< bool Const, class T >
using /*maybe-const*/ = std::conditional_t<Const, const T, T>;
 (仅用于阐述*)

别名模板 /*maybe-const*/ 是用于为类型 T 有条件应用 const 限定的便利方式。

整数式类型辅助模板

template< /*is-integer-like*/ T >
using /*make-signed-like-t*/<T> = /* 见描述 */;
 (1) (仅用于阐述*)
template< /*is-integer-like*/ T >
using /*make-unsigned-like-t*/<T> = /* 见描述 */;
 (2) (仅用于阐述*)
template< /*is-integer-like*/ T >

/*make-unsigned-like-t*/<T> /*to-unsigned-like*/( T t )
{
    return static_cast</*make-unsigned-like-t*/<T>>(t);

}
 (3) (仅用于阐述*)
1) 对于整数式类型 T：
  • 如果 T 是整数类型，那么 /*make-signed-like-t*/<T> 是 std::make_signed_t<T>。
  • 否则，/*make-signed-like-t*/<T> 是一个与 T 的宽度相同的对应未指定有符号整数式类型。
2) 对于整数式类型 T：
  • 如果 T 是整数类型，那么 /*make-unsigned-like-t*/<T> 是 std::make_unsigned_t<T>。
  • 否则，/*make-signed-like-t*/<T> 是一个与 T 的宽度相同的对应未指定无符号整数式类型。
3) 将 t 显式转换到 /*make-unsigned-like-t*/<T>。

定制点对象辅助模板

template< ranges::input_range R >

constexpr auto& /*possibly-const-range*/(R& r) noexcept
{
    if constexpr (ranges::constant_range<const R> &&
                  !ranges::constant_range<R>)
        return const_cast<const R&>(r);
    else
        return r;

}
 (1) (仅用于阐述*)
template< class T >

constexpr auto /*as-const-pointer*/( const T* p ) noexcept
{
    return p;

}
 (2) (仅用于阐述*)

某些范围访问定制点对象是根据这些仅用于阐述的函数模板指定的。

1) /*possibly-const-range*/ 在是深 const 范围时返回 const 限定的范围 r；否则，返回不进行任何转型的 r。
2) /*as-const-pointer*/ 返回常量类型对象的指针。

范围适配器辅助模板

template< class F, class Tuple >

constexpr auto /*tuple-transform*/( F&& f, Tuple&& tuple )
{
    return std::apply([&]<class... Ts>(Ts&&... args)
    {
        return std::tuple<std::invoke_result_t<F&, Ts>...>
            (std::invoke(f, std::forward<Ts>(args))...);
    }, std::forward<Tuple>(tuple));

}
 (1) (仅用于阐述*)
template< class F, class Tuple >

constexpr void /*tuple-for-each*/( F&& f, Tuple&& tuple )
{
    std::apply([&]<class... Ts>(Ts&&... args)
    {
        (static_cast<void>(std::invoke(f, std::forward<Ts>(args))), ...);
    }, std::forward<Tuple>(tuple));

}
 (2) (仅用于阐述*)
template< class T >

constexpr T& /*as-lvalue*/( T&& t )
{
    return static_cast<T&>(t);

}
 (3) (仅用于阐述*)

有些范围适配器是用这些仅用于阐述的函数模板指定的。

1) /*tuple-transform*/ 返回对 tuple 的每个元素应用 f 的新 tuple。
2) /*tuple-for-each*/ 对 tuple 的每个元素应用 f 然后什么都不返回。
3) /*as-lvalue*/ 将右值 t 作为左值转发。

辅助概念

以下仅用于阐述的概念用于几种类型，但它们不是标准库接口的一部分。

template< class R >

concept /*simple-view*/ =
    ranges::view<R> && ranges::range<const R> &&
    std::same_as<ranges::iterator_t<R>, ranges::iterator_t<const R>> &&

    std::same_as<ranges::sentinel_t<R>, ranges::sentinel_t<const R>>;
 (1) (仅用于阐述*)
template< class I >

concept /*has-arrow*/ =
    ranges::input_iterator<I> &&

    (std::is_pointer_v<I> || requires(I i) { i.operator->(); });
 (2) (仅用于阐述*)
template< class T, class U >

concept /*different-from*/ =

    !std::same_as<std::remove_cvref_t<T>, std::remove_cvref_t<U>>;
 (3) (仅用于阐述*)
template< class R >

concept /*range-with-movable-references*/ =
    ranges::input_range<R> &&
    std::move_constructible<ranges::range_reference_t<R>> &&

    std::move_constructible<ranges::range_rvalue_reference_t<R>>;
 (4) (仅用于阐述*)
template< bool C, class... Views >

concept /*all-random-access*/ =
    (ranges::random_access_range

         <std::conditional_t<C, const Views, Views>> && ...);
 (5) (仅用于阐述*)
template< bool C, class... Views >

concept /*all-bidirectional*/ =
    (ranges::bidirectional_range

         <std::conditional_t<C, const Views, Views>> && ...);
 (6) (仅用于阐述*)
template< bool C, class... Views >

concept /*all-forward*/ =

    (ranges::forward_range<std::conditional_t<C, const Views, Views>> && ...);
 (7) (仅用于阐述*)

注解

功能特性测试宏 值 标准 功能特性
__cpp_lib_generator 202207L (C++23) std::generator——适用于范围的同步协程生成器
__cpp_lib_ranges 201911L (C++20) 范围库和受约束算法
202106L (C++20)
(DR)		 非可默认初始化视图
202110L (C++20)
(DR)		 带所有权视图
202202L (C++23) ranges::range_adaptor_closure
202207L (C++23) 放松范围适配器以允许仅移动类型
202211L (C++23) 移除 “毒药丸” (P2602)：ranges::begin 等的重载
202302L (C++23) 放宽范围限制已允许使用某些投影
202406L (C++20)
(DR)		 从间接调用概念中移除公共引用要求
__cpp_lib_ranges_as_const 202207L (C++23) std::const_iterator、ranges::as_const_view
__cpp_lib_ranges_as_rvalue 202207L (C++23) ranges::as_rvalue_view
__cpp_lib_ranges_cartesian_product 202207L (C++23) ranges::cartesian_product_view
__cpp_lib_ranges_chunk 202202L (C++23) ranges::chunk_view
__cpp_lib_ranges_chunk_by 202202L (C++23) ranges::chunk_by_view
__cpp_lib_ranges_concat 202403L (C++26) ranges::concat_view
__cpp_lib_ranges_enumerate 202302L (C++23) ranges::enumerate_view
__cpp_lib_ranges_join_with 202202L (C++23) ranges::join_with_view
__cpp_lib_ranges_repeat 202207L (C++23) ranges::repeat_view
__cpp_lib_ranges_slide 202202L (C++23) ranges::slide_view
__cpp_lib_ranges_stride 202207L (C++23) ranges::stride_view
__cpp_lib_ranges_to_container 202202L (C++23) ranges::to
__cpp_lib_ranges_zip 202110L (C++23) ranges::zip_view,
ranges::zip_transform_view,
ranges::adjacent_view,
ranges::adjacent_transform_view


示例

运行此代码
#include <iostream>
#include <ranges>
 
int main()
{
    auto const ints = {0, 1, 2, 3, 4, 5};
    auto even = [](int i) { return 0 == i % 2; };
    auto square = [](int i) { return i * i; };
 
    // 组合视图的“管道”语法：
    for (int i : ints | std::views::filter(even) | std::views::transform(square))
        std::cout << i << ' ';
 
    std::cout << '\n';
 
    // 传统的“函数式”组合语法：
    for (int i : std::views::transform(std::views::filter(ints, even), square))
        std::cout << i << ' ';
}

输出： 

0 4 16
0 4 16

缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

缺陷报告 应用于 出版时的行为 正确行为
LWG 3509
(P2281R1) 		C++20 不明确范围适配器对象如何绑定尾随参数 按值绑定它们
LWG 3948 C++23 possibly-const-range 和 as-const-pointer 没有声明 noexcept 声明 noexcept

参阅

来自“https://zh.cppreference.com/mwiki/index.php?title=cpp/ranges&oldid=94136”