从 .NET 到 C++：集合处理的思考

1. IEnumerable 与 List 的比较

在 .NET 中，IEnumerable 和 List 是两种常用的集合类型，它们有各自的适用场景：

• IEnumerable<T>：
  • 优点：惰性求值，仅在迭代时计算，适用于大数据集或流式数据处理。
  • 缺点：不能进行索引访问，没有直接的添加或移除元素的方法。
• List<T>：
  • 优点：支持索引访问，具备丰富的修改集合的方法（如添加、移除元素）。
  • 缺点：非惰性求值，可能会占用更多内存。

在返回集合时，使用 IEnumerable<T> 可以提高灵活性和性能，特别是当集合操作需要惰性求值时。List<T> 则适合需要频繁增删元素或需要随机访问的场景。

2. IEnumerable 与 IEnumerator 的区别

• IEnumerable：表示一个可以被枚举的集合，提供一个 GetEnumerator 方法返回一个 IEnumerator。
• IEnumerator：表示一个枚举器，用于遍历集合中的元素，具有 MoveNext、Reset 和 Current 属性。

3. C++ 中的集合处理

在 C++ 中，虽然没有直接对应 IEnumerable 的接口，但通过标准库的容器和迭代器，可以实现类似的功能。

标准库容器和迭代器

C++ 标准库提供了丰富的容器类型（如 std::vector、std::list、std::set 等）和迭代器，这些容器和迭代器可以结合算法库来进行集合操作。

迭代器示例：

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    for(auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
        std::cout << *it << std::endl;
    }
    return 0;
}

std::copy_if 和 std::transform

C++98 引入了 std::copy_if 和 std::transform，它们在 C++11 及之后版本中仍然可用，能够实现条件性复制和元素变换。

std::copy_if 示例：

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

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> result;
    std::copy_if(vec.begin(), vec.end(), std::back_inserter(result), [](int n) { return n % 2 == 0; });

    for (int value : result) {
        std::cout << value << std::endl;
    }
    return 0;
}

std::transform 示例：

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

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> result;
    std::transform(vec.begin(), vec.end(), std::back_inserter(result), [](int n) { return n * n; });

    for (int value : result) {
        std::cout << value << std::endl;
    }
    return 0;
}

综合示例：std::copy_if 和 std::transform 结合

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

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> even_numbers;
    std::vector<int> even_squares;

    std::copy_if(vec.begin(), vec.end(), std::back_inserter(even_numbers), [](int n) { return n % 2 == 0; });
    std::transform(even_numbers.begin(), even_numbers.end(), std::back_inserter(even_squares), [](int n) { return n * n; });

    for (int value : even_squares) {
        std::cout << value << std::endl;
    }

    return 0;
}

4. 现代化的集合处理：C++20 的 std::ranges

C++20 引入了 std::ranges，为集合处理提供了类似于 LINQ 的功能。

示例代码：

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

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

    auto even_squares = vec 
                        | std::ranges::views::filter([](int n) { return n % 2 == 0; })
                        | std::ranges::views::transform([](int n) { return n * n; });

    for (int value : even_squares) {
        std::cout << value << std::endl;
    }

    return 0;
}

5. 第三方库：C++17 中的 Range-v3 和 Boost.Range

Range-v3

Range-v3 是 C++20 std::ranges 的主要灵感来源，可以在 C++14 和 C++17 中使用。

安装：

vcpkg install range-v3

示例代码：

#include <range/v3/all.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

    auto even_squares = vec 
                        | ranges::views::filter([](int n) { return n % 2 == 0; })
                        | ranges::views::transform([](int n) { return n * n; });

    for (int value : even_squares) {
        std::cout << value << std::endl;
    }

    return 0;
}

Boost.Range

Boost.Range 提供了类似 Range-v3 的功能。

安装：

vcpkg install boost-range

示例代码：

#include <boost/range/adaptor/filtered.hpp>
#include <boost/range/adaptor/transformed.hpp>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

    auto even_squares = vec 
                        | boost::adaptors::filtered([](int n) { return n % 2 == 0; })
                        | boost::adaptors::transformed([](int n) { return n * n; });

    for (int value : even_squares) {
        std::cout << value << std::endl;
    }

    return 0;
}

无论是使用 C++20 的 std::ranges，还是在 C++17 及更早版本中通过 Range-v3 和 Boost.Range，C++ 提供了强大的工具来进行现代化的集合处理。同时，通过 std::copy_if 和 std::transform 等标准算法，C++11 及更早版本也可以实现高效的集合操作。了解并灵活应用这些工具，可以极大提高代码的可读性、简洁性和性能。