范围库 (C++20)

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C++
 
范围库
范围访问
范围原语
悬垂迭代器处理
范围概念
视图

范围工厂
适配器
范围适配器对象
范围适配器闭包对象
辅助项
 

范围库是一个对迭代器和泛型算法库的扩展，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，视图是一个代表可迭代对象（范围）的轻量对象。

范围是对区间的抽象

  • [begin, end) 迭代器对，例如可以从容器隐式获得范围。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）
  • [start, size) 有长度的序列，例如 views::counted 的结果
  • [start, predicate) 条件终止序列，例如 views::take_while 的结果
  • [start..) 未知边界序列，例如 views::iota 的结果

范围库包括 range algorithms 这些积极的算法，和 range adaptors 这些惰性的视图。适配器可以使用管道进行组合，以便于在视图迭代时应用。

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。

定义于命名空间 std::ranges
范围访问
定义于头文件 <ranges>
定义于头文件 <iterator>
(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
定义于头文件 <ranges>
(C++20)
 获得范围的关联类型
(别名模板)
悬垂迭代器处理
定义于头文件 <ranges>
(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)
范围概念
定义于头文件 <ranges>
(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)
 指定范围可在常数时间内知晓其大小
(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)
转换器
定义于头文件 <ranges>
(C++23)
 从另一范围构造一个非视图范围
(函数模板)
视图
定义于头文件 <ranges>
(C++20)
 用于定义 view 的辅助类模板，使用奇异递归模板模式
(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

定义于头文件 <ranges>
定义于命名空间 std::ranges
(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++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)
(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++23)
 n 元笛卡尔积计算后的的元组组成的 view
(类模板) (定制点对象)

范围适配器

定义于头文件 <ranges>
定义于命名空间 std::ranges
(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++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 跳过首 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++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++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++20)
 选取元组式值组成的 view 和数值 N ，产生每个 tuple 的第 N 个元素的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 选取 pair 式值组成的 view 并产生每个 pair 的第一元素的 view
(类模板) (范围适配器对象)
(C++20)
 选取 pair 式值组成的 view 并产生每个 pair 的第二元素的 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的元组组成的 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的元组组成的 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++23)
 a view whose Mth element is a view over the Mth through (M + N - 1)th elements of another 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)
 当给定的谓词返回 false 的时候，将 view 分割成每一对临近元素的子范围
(类模板) (范围适配器对象)
(C++23)
 converts a view into a [[cpp/未识别的概念/constant_range|constant_range]]
(类模板) (范围适配器对象)
(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++23)
 a view consisting of elements of another view, advancing over N elements at a time
(类模板) (范围适配器对象)

某些范围适配器用可复制包装包装其元素或函数对象。

范围适配器对象

范围适配器对象是接收 viewable_range 作为其首参数并返回 view 的定制点对象。一些范围适配器对象是一元的，即它们接收一个 viewable_range 作为其仅有的参数。其他范围适配器对象接收一个 viewable_range 和其他尾随参数。

若范围适配器接收多于一个参数，则它亦支持部分应用：令

  • a 为范围适配器对象，而
  • args... 为参数（通常适合作为尾随参数），

则表达式 a(args...) 拥有下列属性：

  • 它合法当且仅当对每个 args... 中的 e ，设 E 为 decltype((e)) ， std::is_constructible_v<std::decay_t<E>, E> 为 true ，
  • 当调用合法时，其结果对象对每个 e 中的 args... 存储以 std::forward<E>(e) 直接非列表初始化的 std::decay_t<E> 类型子对象，而且
  • 结果对象是范围适配器闭包对象（见后述）。

类似其他定制点对象，令

  • a 为任何范围适配器类型的 cv 无限定版本的对象，
  • args... 任何满足 a 的 operator() 的约束参数组，

对

的调用全部等价。

每个这些表达式的结果对象是一个 view 对象或范围适配器闭包对象。

注：范围适配器类型的 volatile 限定或 const-volatile 限定版本不支持 operator() 。数组和函数在绑定时转换成指针。

范围适配器闭包对象

范围适配器闭包对象是类型同下列对象之一（忽略 cv 限定）的对象：

  • 一元范围适配器对象、
  • 范围适配器对象绑定尾随参数的结果，及
  • operator| 连接两个范围适配器闭包对象的结果。

范围适配器对象接收一个 viewable_range 作为其仅有的参数并返回 view 。它们可通过管道运算符调用：若 C 是范围适配器闭包对象且 R 为 viewable_range ，则下列两个表达式等价（均为良构或非良构）： 

C(R)
R | C

此调用将绑定的参数（若存在）转发给关联的范围适配器对象。绑定的参数（若存在）被当作与 C 等同地为左值或右值以及具有 cv 限定。

两个范围适配器闭包对象能由 operator| 连接以产生另一个范围适配器闭包对象：若 C 与 D 为范围适配器闭包对象，则 C | D 亦为范围适配器闭包对象，若它合法。

C | D 的绑定参数确定如下：

  • 对两个操作数中的每个作为绑定参数的子对象，结果对象中有一个同类型子对象（舍弃 cv 限定），
  • 这种绑定的参数以含有它的操作数中的源子对象直接非列表初始化，其中源被当作与操作数等同地为左值或右值以及具有 cv 限定，而且
  • 结果合法当且仅当所有绑定参数的初始化为合法。

结果的 operator() 的效果与合法性确定如下：给定 viewable_range R ，这两个表达式等价（均为合法或非合法）： 

R | C | D // (R | C) | D
R | (C | D)

注意：范围适配器闭包类型的 volatile 限定或 const-volatile 限定版本不支持 operator() 。

示例

运行此代码
#include <ranges>
#include <iostream>
 
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

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 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
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