C++20 STL CookBook 4:使用range在容器中创建view

目录

range view range_adaptor的三个概念

以std::string和std::string_view为例子

初次入手

补充

ranges的一些操作

range view range_adaptor的三个概念

新的范围库是 C++20 中更重要的新增功能之一。它为过滤和处理容器提供了新的范例。范围为更有效和可读的代码提供了简洁直观的构建块。

在range view编程当中，三个概念是vital of importance的：

• 范围是可以迭代的对象集合。换句话说，任何支持 begin() 和 end() 迭代器的结构都是范围。这包括大多数 STL 容器。所以，毫无疑问的，std::vector是这样的，std::list是这样的，等等！也就是说，那些你一嘴能说出起始终末的容器都行

• 视图是转换另一个基础范围的范围。视图是惰性的，这意味着它们仅在范围迭代时运行。视图从基础范围返回数据并且本身不拥有任何数据。视图在 O(1) 常数时间内运行。

• 视图适配器是一个接受范围并返回视图对象的对象。可以使用 | 运算符将视图适配器与其他视图适配器链接起来。

我下面来进一步解释。

以std::string和std::string_view为例子

实际上我现在下一个结论：std::string就是一个range，std::string_view就是一个view，如何？

range实际上就是一个存储着实际对象的一个有限序列（什么是有限序列？很简单！只要你能说出来一串相同的东西，能找到第一个和最后一个的，就是有限序列），那这样看，我们就马上想到：std::string作为一个经典的字符串，实际上就是一个字符数组的高级封装。显然是一个有始有终的range。

我们知道在C++17，为了追求高效，我们引入了std::string_view。什么意思呢？

举个例子：我们阅读一个文件，我们实际上对文件的资源在谁手上完全不关心，我们只知道现在我们可以看到文件中的一串一串难懂的字符（透过库，自己搓的，标准库的接口），比如说一份介绍std::ranges的标准库说明手册。实际上我们不太关心这个资源需要被掌握在显示函数的手里，我们只是看一看，访问资源但不是占有资源。

聪明的同志很快就有想法了：这很简单，对于查看，我在保证字符串有效的情况下，直接偏移指针读到客户感兴趣的地方不就行了？也就是说，准备一个简单的struct:

struct FileBufferViewer{
     const char* index_view; // point to the string we cares
     unsigned long length; // the length user wanna read 
};

现在直接把指针怼到文件一长串字符里就好了！完全不需要我们拷贝这一串字符，然后幸幸苦苦的送到人家面前：“罢了！我不看了”，又灰头灰脸的扔掉！浪费时间！马上有人就知道了，这就是std::string_view的一个简单实现。

现在，View就是这个道理。Range是我们的目标源资源，我们有的时候不掌管资源的所属权，只是来转转看看，或者不骚扰的拷贝一份带走，或者只是远远的可玩不可亵渎。

初次入手

《C++20 STL CookBook》给出了一段例子。笔者这里列写一份

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>
​
int main() {
    const std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
​
    auto result = std::ranges::take_view(v, 3);
    
    for (int i : result) {
        std::cout << i << " ";
    }
​
    return 0;
}

我带着各位分析一次：

首先我们声明了一个非常安全的不动量std::vector<int>，这就是我们的资源池，里面放着5个整数。现在，客户说我要看前三个！

有人就会

std::vector<int> oh_bad_impl;
for(int i = 0; i < 3; i++) oh_bad_impl.push_back(v[i])

但是完全没必要！客户只是看前三个，何必大费周章的拷贝呢？万一下一次人家要的是一个几千万字符的前100万，那有该拷贝到何年何月。

所以一些人选择这种方式，那就是就地的入侵式的查：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>
​
int main() {
    const std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
​
    const int index req = 3;
    
    for(int i = 0; i < req; i++)
        std::cout << v[i] << std::endl;
​
    return 0;
}

不差！甚至可以说是比较好的实现了。但是现在，我们可以优雅的解决这个问题

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>
​
int main() {
    const std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
​
    auto result = std::ranges::take_view(v, 3);
    
    for (int i : result) {
        std::cout << i << " ";
    }
​
    return 0;
}

好就好在，现在我们使用take_view将我们的查看行为跟资源本身解耦合了，使用的是View这个视窗！客户说：我要前三个：

auto result = std::ranges::take_view(v, 3);

这个result你拿去好了！你访问必是前三个！

客户说我要倒着看！

auto result = std::ranges::reverse_view(v)

客户说不光倒着看，我要倒着看它的平方值！

auto result = std::ranges::reverse_view(std::ranges::transform_view(v, [](int i){return i * i;}));

我承认上面写的太恶心了。所以这就要引出我们的重载的range_view操作符号 |，也叫管道操作符号。

    auto result = v | 
        std::views::reverse | 
        std::views::transform([](int i) {return i * i; });

现在我们就舒服一些了！代码从左往右看：首先是对我们的容器做：反转视图操作，再做平方变换操作。最后得到的view结果就是我们的视图结果。现在我们安心的查看，就是我们的要求！

标准库中有大量的views，这里列一些：

下面可以练习一下：给定两个vector<int>，每一个vector都有10个整数，他们放在一个复杂的叫做std::vector<std::vector<int>>当中，你需要拼接起来 + 平方 + 去除前五个和后五个后筛掉奇数显示出来！

using namespace std::views;

int main() {
    const std::vector<int> v1 = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
    const std::vector<int> v2 = {11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20};
    const std::vector<std::vector<int>> v3 = { v1, v2 };
    auto result = v3 | join | 
        drop(5) |  reverse | drop(5) | reverse |
        transform([](int i) {return i * i;}) | 
        filter([](int i) {return i % 2 == 1;});

    for (int i : result) {
        std::cout << i << " ";
    }

    return 0;
}

补充

ranges的一些操作