前言

C++14/17/20 的范圍庫。此代碼是 C++20 中范圍支持的基礎(chǔ)。

開發(fā)狀態(tài)

這些代碼相當(dāng)穩(wěn)定，經(jīng)過充分測試，適合隨意使用，盡管目前缺乏文檔。不做出任何有關(guān)支持或長期穩(wěn)定性的承諾。該代碼將不斷發(fā)展，而不考慮向后兼容性。

一個需要注意的例外是在 range::cpp20 命名空間中找到的任何內(nèi)容。這些組件很少改變或者（最好）永遠(yuǎn)不會改變。

安裝

該庫僅包含頭文件。您可以從 github 上的 range-v3 存儲庫獲取源代碼。要使用 Range-v3 進(jìn)行編譯，只需 #include 您想要的各個標(biāo)頭。

該發(fā)行版實(shí)際上包含三個獨(dú)立的僅頭文件庫：

• include/concepts/... 包含概念可移植性預(yù)處理器 (CPP)，它是一組用于定義和使用概念檢查的宏，無論您的編譯器是否恰好支持 C++20 概念語言功能。
• include/meta/... 包含元庫，它是一組元編程實(shí)用程序，用于在編譯時處理類型和類型列表。
• include/range/... 包含 Range-v3 庫，如下所述。

Range-v3 庫的物理結(jié)構(gòu)按功能組劃分在目錄中：

• include/range/v3/actions/... 包含操作或可組合組件，它們在容器上急切地操作并返回變異容器以進(jìn)行進(jìn)一步操作。
• include/range/v3/algorithms/... 除了熟悉的采用迭代器的重載之外，還包含所有具有接受范圍重載的 STL 算法。
• include/range/v3/functional/... 包含許多函數(shù)式程序員熟悉的常用組件。
• include/range/v3/iterator/... 包含許多有用的迭代器以及與迭代器相關(guān)的概念和實(shí)用程序的定義。
• include/range/v3/numeric/... 包含與標(biāo)準(zhǔn) <numeric> 標(biāo)頭中的算法相對應(yīng)的數(shù)值算法。
• include/range/v3/range/... 包含與范圍相關(guān)的實(shí)用程序，例如開始、結(jié)束和大小、范圍特征和概念以及容器的轉(zhuǎn)換。
• include/range/v3/utility/... 包含各種可重用代碼。
• include/range/v3/view/... 包含視圖或可組合組件，它們在范圍上延遲操作，并且本身返回可以使用附加視圖適配器進(jìn)行操作的范圍。

許可

這個項(xiàng)目中的大部分源代碼都是我的，并且都在 Boost Software License 下。 部分內(nèi)容取自 Alex Stepanov 的 Elements of Programming、Howard Hinnant 的 libc 以及 SGI STL。 請參閱隨附的許可證文件和 CREDITS 文件以獲取許可和確認(rèn)。

支持的編譯器

已知該代碼可在以下編譯器上運(yùn)行：

• clang 5.0
• GCC 6.5
• Clang/LLVM 6 (or later) on Windows
• MSVC VS2019, with /permissive- and either /std:c++latest, /std:c++20, or /std:c++17

快速開始

Range-v3 是一個通用庫，它通過使用范圍的工具來增強(qiáng)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)庫。 范圍可以粗略地認(rèn)為是一對迭代器，盡管它們不需要以這種方式實(shí)現(xiàn)。 將開始/結(jié)束迭代器捆綁到單個對象中會帶來幾個好處：方便、可組合性和正確性。

方便
將單個范圍對象傳遞給算法比單獨(dú)的開始/結(jié)束迭代器更方便。比較：

std::vector<int> v{/*...*/};
std::sort( v.begin(), v.end() );

與

std::vector<int> v{/*...*/};
ranges::sor( v );

Range-v3 包含所有標(biāo)準(zhǔn)算法的完整實(shí)現(xiàn)，并具有基于范圍的重載，以方便使用。

可組合
擁有單個范圍對象允許操作的管道。 在管道中，范圍以某種方式進(jìn)行延遲適應(yīng)或急切突變，結(jié)果立即可用于進(jìn)一步適應(yīng)或突變。 延遲適應(yīng)由視圖處理，急切突變由操作處理。

例如，下面使用視圖通過謂詞過濾容器，并使用函數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果范圍。請注意，底層數(shù)據(jù)是常量，不會因視圖而改變。

std::vector<int> const vi{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
using namespace ranges;
auto rng = vi | views::remove_if([](int i) { return i % 2 == 1; })
              | views::transform([](int i) { return std::to_string(i); });
// rng == {"2","4","6","8","10"};

在上面的代碼中，rng 只是存儲對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及過濾器和轉(zhuǎn)換函數(shù)的引用。在迭代 rng 之前不會完成任何工作。

相比之下，動作熱切地完成它們的工作，但它們也構(gòu)成了?？紤]下面的代碼，它將一些數(shù)據(jù)讀入向量，對其進(jìn)行排序，并使其唯一。

extern std::vector<int> read_data();
using namespace ranges;
std::vector<int> vi = read_data() | actions::sort | actions::unique;

與視圖不同，管道中的每個步驟（actions::sort 和 actions::unique）都通過操作按值接受容器，就地改變它，然后返回它。

正確性
無論您使用視圖還是操作，您都是以純函數(shù)式、聲明式的方式操作數(shù)據(jù)。您很少需要為迭代器煩惱，盡管如果您需要它們，它們就在幕后。

通過以聲明性和功能性方式而不是命令性地操作，我們減少了對公開狀態(tài)操作以及分支和循環(huán)的需求。這會減少程序可以處于的狀態(tài)數(shù)量，從而減少錯誤數(shù)量。

簡而言之，如果您能找到一種方法將您的解決方案表達(dá)為數(shù)據(jù)上的函數(shù)轉(zhuǎn)換的組合，則可以通過構(gòu)造使您的代碼正確。

視圖(Views)

如上所述，范圍相對于迭代器的一大優(yōu)點(diǎn)是它們的可組合性。它們允許一種函數(shù)式編程，其中通過一系列組合器傳遞數(shù)據(jù)來操縱數(shù)據(jù)。此外，組合器可以是惰性的，僅在請求答案時才工作，并且是純函數(shù)式的，不會改變原始數(shù)據(jù)。這使得你更容易推理你的代碼。

視圖是一種輕量級包裝器，它以某種自定義方式呈現(xiàn)底層元素序列的視圖，而無需對其進(jìn)行更改或復(fù)制。視圖的創(chuàng)建和復(fù)制成本低廉，并且具有非擁有引用語義。以下是一些使用視圖的示例：

使用謂詞過濾容器并對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

std::vector<int> const vi{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
using namespace ranges;
auto rng = vi | views::remove_if([](int i){return i % 2 == 1;})
              | views::transform([](int i){return std::to_string(i);});
// rng == {"2","4","6","8","10"};

生成從 1 開始的無限整數(shù)列表，對它們求平方，取前 10 個，并對它們求和：

using namespace ranges;
int sum = accumulate(views::ints(1)
                   | views::transform([](int i){return i*i;})
                   | views::take(10), 0);

使用范圍推導(dǎo)式動態(tài)生成一個序列，并用它初始化一個向量：

using namespace ranges;
auto vi = views::for_each(views::ints(1, 10), [](int i) {
        return yield_from(views::repeat_n(i, i));
    })
  | to<std::vector>();
// vi == {1,2,2,3,3,3,4,4,4,4,5,5,5,5,5,...}

視圖的常量性

從邏輯上講，視圖是迭代器的工廠，但實(shí)際上視圖通常被實(shí)現(xiàn)為狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)存儲在視圖對象本身中（以保持迭代器較小），并在視圖迭代時發(fā)生變化。因?yàn)橐晥D包含可變狀態(tài)，所以許多視圖缺少 const 限定的begin()/end()。當(dāng)提供 begin()/end() 的 const 版本時，它們是真正的 const；也就是說，線程安全。

由于視圖呈現(xiàn)了與容器相同的接口，因此很容易認(rèn)為它們在常量性方面的行為與容器相似。事實(shí)并非如此。它們在常量性方面的行為類似于迭代器和指針。

視圖的常量性與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的常量性無關(guān)。 非常量視圖可以引用本身是常量的元素，反之亦然。 這類似于指針； int* const 是指向可變 int 的 const 指針，int const* 是指向 const int 的非常量指針。

盡可能使用非常量視圖。如果您需要線程安全，請?jiān)诰€程中使用視圖副本；不要共享。

視圖的有效性

對基礎(chǔ)范圍進(jìn)行的任何使其迭代器或標(biāo)記無效的操作也將使引用該范圍任何部分的任何視圖無效。 此外，當(dāng)范圍的底層元素發(fā)生變化時，某些視圖（例如，views::filter）會失效。 最好在任何可能改變底層范圍的操作之后重新創(chuàng)建視圖。

視圖列表

下面是 Range-v3 提供的惰性范圍組合器或視圖的列表，以及關(guān)于如何使用每個組合器的簡介。

• views::addressof
  給定左值引用的源范圍，返回一個新視圖，該視圖是每個左值引用的 std::addressof 的結(jié)果。
• views::adjacent_filter
  對于源范圍中的每對相鄰元素，計算指定的二元謂詞。如果謂詞計算結(jié)果為 false，則從結(jié)果范圍中刪除該對的第二個元素；否則，它被包括在內(nèi)。
• views::adjacent_remove_if
  對于源范圍中的每對相鄰元素，計算指定的二元謂詞。 如果謂詞計算結(jié)果為 true，則從結(jié)果范圍中刪除該對的第一個元素； 否則，它被包括在內(nèi)。 始終包含源范圍中的最后一個元素。
• views::all
  返回包含源中所有元素的范圍。對于將容器轉(zhuǎn)換為范圍很有用。
• any_view<T>(rng)
  值類型為 T 的元素的類型擦除范圍；可以使用此值類型存儲任何范圍。
• views::c_str
  將 \0 終止的 C 字符串（例如來自 const char*）視為范圍。
• views::cache1
  緩存視圖中的最新元素，以便多次取消引用視圖的迭代器不會導(dǎo)致任何重新計算。 例如，這在包括 view::filter 和 view::transform 組合的適配器管道中非常有用。 views::cache1 始終是單通道。
• views::cartesian_product
  枚舉 n 個范圍的 n 元笛卡爾積，即生成所有 n 元組 (e1, e2, ... , en)，其中 e1 是第一個范圍的元素，e2 是第二個范圍的元素，依此類推。
• views::chunk
  給定源范圍和整數(shù) N，生成一系列連續(xù)范圍，其中每個內(nèi)部范圍都有 N 個連續(xù)元素。最終范圍的元素可能少于 N 個。
• views::common
  將源范圍轉(zhuǎn)換為公共范圍，其中結(jié)束的類型與開始的類型相同。對于調(diào)用 std:: 命名空間中的算法很有用。
• views::concat
  給定 N 個源范圍，生成一個由所有源范圍串聯(lián)而成的結(jié)果范圍。
• views::const_
  呈現(xiàn)源范圍的常量視圖。
• views::counted
  給定一個迭代器 it 和一個計數(shù) n，創(chuàng)建一個從 it 開始并包含接下來的 n 個元素的范圍。
• views::cycle
  返回?zé)o限重復(fù)源范圍的范圍。
• views::delimit
  給定源范圍和值，返回一個新范圍，該范圍在源末尾或該值第一次出現(xiàn)時結(jié)束（以先到者為準(zhǔn)）。 或者，可以使用迭代器和值調(diào)用 views::delimit，在這種情況下，它返回一個從指定位置開始到該值第一次出現(xiàn)為止的范圍。
• views::drop
  給定源范圍和整數(shù)計數(shù)，返回一個由源范圍中除第一個 count 元素之外的所有元素組成的范圍，如果元素較少，則返回空范圍。
• views::drop_last
  給定一個源范圍和一個整數(shù)計數(shù)，返回一個由源范圍中除最后一個 count 元素之外的所有元素組成的范圍，如果元素較少，則返回一個空范圍。
• views::drop_exactly
  給定源范圍和整數(shù)計數(shù)，返回一個由源范圍中除第一個計數(shù)元素之外的所有元素組成的范圍。源范圍必須至少包含那么多元素。
• views::drop_while
  從范圍前面刪除滿足一元謂詞的元素。
• views::empty
  使用給定值類型創(chuàng)建一個空范圍。
• views::enumerate
  將范圍的每個元素與其索引配對。
• views::filter
  給定源范圍和一元謂詞，過濾滿足謂詞的元素。 （對于 Boost.Range 的用戶來說，這就像過濾器適配器。）
• views::for_each
  延遲地將一元函數(shù)應(yīng)用于返回另一個范圍（可能為空）的源范圍中的每個元素，從而展平結(jié)果。
• views::generate
  給定一個零函數(shù)，返回一個無限范圍，其元素是用該函數(shù)生成的。
• views::generate_n
  給定一個空函數(shù)和一個計數(shù)，返回一個范圍，通過調(diào)用該函數(shù)生成所需數(shù)量的元素。
• views::chunk_by
  給定一個源范圍和一個二元謂詞，返回一個范圍范圍，其中每個范圍包含源范圍中的連續(xù)元素，并且滿足以下條件：對于該范圍中除第一個元素之外的每個元素，當(dāng)該元素和前一個元素傳遞給二元謂詞時，結(jié)果為 true。 本質(zhì)上，views::chunk_by 將連續(xù)元素與二元謂詞分組在一起。
• views::indirect
  給定可讀值的源范圍（例如指針或迭代器），返回一個新視圖，該視圖是取消引用每個值的結(jié)果。
• views::intersperse
  給定源范圍和值，返回一個新范圍，其中值插入到源中的連續(xù)元素之間。
• views::ints
  生成一系列單調(diào)遞增的整數(shù)。 當(dāng)不帶參數(shù)使用時，它會生成準(zhǔn)無限范圍 [0,1,2,3...]。 也可以用下界或用下界和上限（不包括）來調(diào)用它。 Closed_ints 提供了包含版本。
• views::iota
  views::ints 的泛化，生成任何可遞增類型的單調(diào)遞增值序列。 當(dāng)使用單個參數(shù)指定時，結(jié)果是從指定值開始的無限范圍。 對于兩個參數(shù)，假定這些值表示半開范圍。
• views::join
  給定一系列范圍，將它們連接成扁平的元素序列?；蛘撸梢灾付ㄒ诿總€源范圍之間插入的值或范圍。
• views::keys
  給定一系列對（如 std::map），返回一個僅包含該對的第一個元素的新范圍。
• views::linear_distribute
  在閉區(qū)間 [from, to] 中線性分布 n 個值（始終包含端點(diǎn)）。如果 from == to，則返回 n 次 to，如果 n == 1，則返回 to。
• views::move
  給定源范圍，返回一個新范圍，其中每個元素已轉(zhuǎn)換為右值引用。
• views::partial_sum
  給定一個范圍和一個二元函數(shù)，返回一個新范圍，其中第 N 個元素是將函數(shù)應(yīng)用于源范圍中的第 N 個元素和結(jié)果范圍中的第 (N-1) 個元素的結(jié)果。
• views::remove
  給定源范圍和值，過濾掉那些不等于值的元素。
• views::remove_if
  給定源范圍和一元謂詞，過濾掉那些不滿足謂詞的元素。 （對于 Boost.Range 的用戶來說，這就像謂詞被否定的過濾器適配器。）
• views::repeat
  給定一個值，創(chuàng)建一個無限重復(fù)該值的范圍。
• views::repeat_n
  給定一個值和一個計數(shù)，創(chuàng)建一個范圍，該范圍是該值重復(fù)的 count 次。
• views::replace
  給定源范圍、源值和目標(biāo)值，創(chuàng)建一個新范圍，其中所有等于源值的元素都將替換為目標(biāo)值。
• views::replace
  給定源范圍、源值和目標(biāo)值，創(chuàng)建一個新范圍，其中所有等于源值的元素都將替換為目標(biāo)值。
• views::replace_if
  給定源范圍、一元謂詞和目標(biāo)值，創(chuàng)建一個新范圍，其中滿足謂詞的所有元素都將替換為目標(biāo)值。
• views::reverse
  創(chuàng)建一個以相反順序遍歷源范圍的新范圍。
• views::sample
  返回長度范圍 size(range) 的隨機(jī)樣本。
• views::slice
  為源范圍指定下限（包含）和上限（不包含），創(chuàng)建一個以指定偏移量開始和結(jié)束的新范圍。 開始和結(jié)束都可以是相對于前面的整數(shù)，或者使用“end-2”語法相對于結(jié)尾的整數(shù)。
• views::sliding
  給定范圍和計數(shù) n，在基礎(chǔ)范圍的前 n 個元素上放置一個窗口。 返回該窗口的內(nèi)容作為調(diào)整范圍的第一個元素，然后將窗口一次向前滑動一個元素，直到到達(dá)基礎(chǔ)范圍的末尾。
• views::split
  給定源范圍和分隔符說明符，使用分隔符說明符將源范圍拆分為一系列范圍以查找邊界。 分隔符說明符可以是一個元素或一系列元素。 與分隔符匹配的元素將從結(jié)果范圍中排除。
• views::split_when
  給定源范圍和分隔符說明符，使用分隔符說明符將源范圍拆分為一系列范圍以查找邊界。 分隔符說明符可以是謂詞或函數(shù)。 謂詞應(yīng)采用范圍引用類型的單個參數(shù)，并當(dāng)且僅當(dāng)該元素是分隔符的一部分時返回 true。 該函數(shù)應(yīng)該接受一個迭代器和哨兵，指示當(dāng)前位置和源范圍的結(jié)尾，如果當(dāng)前位置是邊界，則返回 std::make_pair(true, iterator_past_the_delimiter) ； 否則 std::make_pair(false,ignored_iterator_value)。 與分隔符匹配的元素將從結(jié)果范圍中排除。
• views::stride
  給定源范圍和整數(shù)步長值，返回由第 N 個元素組成的范圍（從第一個元素開始）。
• views::tail
  給定源范圍，返回不帶第一個元素的新范圍。該范圍必須至少包含一個元素。
• views::take
  給定源范圍和整數(shù)計數(shù)，返回由源范圍中的第一個 count 元素組成的范圍，如果元素較少，則返回完整范圍。 （views::take 的結(jié)果不是 sized_range。）
• views::take_exactly
  給定源范圍和整數(shù)計數(shù)，返回由源范圍中的第一個計數(shù)元素組成的范圍。源范圍必須至少包含那么多元素。 （views::take_exactly 的結(jié)果是一個 sized_range。）
• views::take_last
  給定源范圍和整數(shù)計數(shù)，返回由源范圍中最后計數(shù)元素組成的范圍。源范圍必須是 sized_range。如果源范圍沒有至少 count 個元素，則返回完整范圍。
• views::take_while
  給定源范圍和一元謂詞，返回一個由前面滿足謂詞的元素組成的新范圍。
• views::tokenize
  給定源范圍和可選的子匹配說明符和 std::regex_constants::match_flag_type，返回 std::regex_token_iterator 以逐步遍歷源范圍的正則表達(dá)式子匹配。 子匹配說明符可以是普通 int、std::vector<int> 或 std::initializer_list<int>。
• views::transform
  給定源范圍和一元函數(shù)，返回一個新范圍，其中每個結(jié)果元素是將一元函數(shù)應(yīng)用于源元素的結(jié)果。
• views::trim
  給定源雙向范圍和一元謂詞，返回一個新范圍，不包含滿足謂詞的前后元素。
• views::unbounded
  給定一個迭代器，返回從該位置開始的無限范圍。
• views::unique
  給定一個范圍，返回一個新范圍，其中除了第一個之外比較相等的所有連續(xù)元素都已被過濾掉。
• views::values
  給定一個對的范圍（如 std::map），返回一個僅包含該對的第二個元素的新范圍。
• views::zip
  給定 N 個范圍，返回一個新范圍，其中第 M 個元素是對所有 N 個范圍的第 M 個元素調(diào)用 make_tuple 的結(jié)果。
• views::zip_with
  給定 N 個范圍和一個 N 元函數(shù)，返回一個新范圍，其中第 M 個元素是對所有 N 個范圍的第 M 個元素調(diào)用該函數(shù)的結(jié)果。

動作(Actions)

動作列表

下面是 Range-v3 提供的立即范圍組合器或動作的列表，以及關(guān)于如何使用每個組合器的簡介。

• actions::drop
  刪除源范圍的前 N 個元素。
• actions::drop_while
  刪除源范圍中滿足一元謂詞的第一個元素。
• actions::erase
  刪除源子范圍（范圍版本）中的所有元素或位置之后的所有元素。
• actions::insert
  將范圍內(nèi)的所有元素插入源中的位置。
• actions::join
  展平一系列范圍。
• actions::push_back
  將元素附加到源的尾部。
• actions::push_front
  將元素附加到源頭之前。
• actions::remove_if
  從源中刪除滿足謂詞的所有元素。
• actions::remove
  從源中刪除所有等于 value 的元素。
• actions::reverse
  反轉(zhuǎn)容器中的所有元素。
• actions::shuffle
  隨機(jī)排列源范圍。
• actions::slice
  從源中刪除不屬于子范圍的所有元素。
• actions::sort
  對源范圍進(jìn)行排序（不穩(wěn)定）。
• actions::split
  使用分隔符（值、值序列、謂詞或返回對<bool, N> 的二元函數(shù)）將范圍拆分為一系列子范圍。
• actions::stable_sort
  對源范圍進(jìn)行排序（穩(wěn)定）。
• actions::stride
  刪除位置與步幅不匹配的所有元素。
• actions::take
  保留范圍的前 N 個元素，刪除其余元素。
• actions::take_while
  保留滿足謂詞的第一個元素，刪除其余元素。
• actions::transform
  用一元函數(shù)的結(jié)果替換源的元素。
• actions::unique
  刪除源中比較相等的相鄰元素。如果源已排序，則刪除所有重復(fù)元素。
• actions::unstable_remove_if
  更快（每個元素刪除具有恒定的時間復(fù)雜度），remove_if 的無序版本。需要雙向容器。

工具

使用 view_facade 創(chuàng)建一個用戶視圖

使用 view_adaptor 創(chuàng)建一個用戶視圖

view_adaptor 的細(xì)節(jié)

使用 basic_iterator 創(chuàng)建一個用戶迭代器

基于概念的檢查

Range-v3 及其未來