🔍 C++20 Ranges 进阶指南：Subrange、概念、扩展 Views 与自定义 View 实现

📦 1. `std::ranges::subrange`：显式表示一个范围

std::ranges::subrange 是一种轻量级结构，用于包装 [begin, end) 的一对迭代器，可以传给 ranges 算法。

✨ 用法

 1#include <ranges>
 2#include <vector>
 3#include <iostream>
 4
 5int main() {
 6    std::vector<int> v{10, 20, 30, 40, 50};
 7
 8    auto first = v.begin() + 1;
 9    auto last = v.begin() + 4;
10
11    std::ranges::subrange r(first, last);
12
13    for (auto x : r)
14        std::cout << x << " ";  // 输出: 20 30 40
15}

✅ 优点

可以显式构造一个不完整容器的范围。
可作为 views 或算法的中间输出传递。
完全兼容 std::ranges 系统。

🧱 2. `range` Concepts：约束范围类型

C++20 引入了 Concepts，为 ranges 提供了精确的约束判断。

🌐 常用 Concepts

Concept	意义
`std::ranges::range`	是一个 range（有 begin/end）
`std::ranges::input_range`	可输入遍历
`std::ranges::forward_range`	可多次遍历
`std::ranges::view`	是惰性视图
`std::ranges::sized_range`	支持 `size()`
`std::ranges::common_range`	`begin` 和 `end` 类型相同

✅ 示例：限制函数参数为 forward_range

1template<std::ranges::forward_range R>
2void print_range(const R& r) {
3    for (auto&& x : r) std::cout << x << " ";
4}

🧩 3. 自定义 View 实现（DIY）

如果你需要自定义一个特殊的视图逻辑，比如“滑动窗口”、“滑动最大值”等，可以自定义 view。

🛠 模板

 1template<std::ranges::view V>
 2requires std::ranges::forward_range<V>
 3class my_view : public std::ranges::view_interface<my_view<V>> {
 4    V base_;
 5
 6public:
 7    my_view() = default;
 8    my_view(V base) : base_(std::move(base)) {}
 9
10    auto begin() {
11        return std::ranges::begin(base_);
12    }
13
14    auto end() {
15        return std::ranges::end(base_);
16    }
17};

必须继承 view_interface（提供 empty(), size() 等接口）。
内部需保存 base view 或 range。
必须满足 begin()/end() 的要求。

这是构造自定义视图的基础框架，你可以在 begin() 和 end() 中返回定制迭代器，实现自定义行为。

🧪 4. range-v3 中的扩展 views

标准库中的 views::zip、views::enumerate 等尚未收录，但可用第三方库 range-v3。

示例 1：`views::zip`

 1#include <range/v3/view/zip.hpp>
 2
 3std::vector<int> a{1, 2, 3};
 4std::vector<char> b{'a', 'b', 'c'};
 5
 6auto zipped = ranges::views::zip(a, b);
 7
 8for (auto [x, y] : zipped) {
 9    std::cout << x << " - " << y << "\n";  // 输出: 1 - a, 2 - b, ...
10}

示例 2：`views::enumerate`

1#include <range/v3/view/enumerate.hpp>
2
3std::vector<std::string> v{"apple", "banana", "pear"};
4
5for (auto [i, s] : ranges::views::enumerate(v)) {
6    std::cout << i << ": " << s << "\n";
7}

如果你在 C++20 标准库中找不到这些 view，可以手动移植或使用 range-v3。

⚠️ 5. 注意事项与性能陷阱

惰性遍历，非缓存：views 默认每次访问都重新计算，适合一次遍历，不适合频繁随机访问。
嵌套视图需注意生命周期：不要返回本地 view，确保引用合法。
组合嵌套可能产生难以调试的类型：可以使用 decltype(auto) 保留类型。

1auto r = vec | std::views::filter(...) | std::views::transform(...);
2// 不建议写：std::vector<int> r = ... // 错误

转容器需手动 copy：views 是懒惰的，转 vector 需显式调用 to_vector() 或构造。

🧠 总结升级版

模块	内容
`ranges::subrange`	显式构造任意范围
Concepts	限制参数/模板范围类型
自定义 view	构造新视图逻辑（如滑窗、分组等）
range-v3 扩展	`zip`, `enumerate`, `join` 等非标视图
注意事项	views 非缓存、组合类型复杂、手动容器转换

最后修改于 2025-07-08 18:57