在现代编程语言中，代码的可维护性和性能优化是开发者永恒的追求。C++20引入的Ranges特性，正是为了满足这一需求。Ranges是一种定义集合的概念，它支持迭代器的begin和end功能，类似于STL中的容器。通过Ranges，可以更灵活地处理集合中的元素，无论是进行数据过滤、转换还是其他操作。
Ranges定义了一个可以迭代的集合，它通过begin和end函数支持迭代器的使用。这种设计使得Ranges可以与STL容器无缝集成，同时也为算法的实现提供了便利。Ranges库允许通过管道操作符（|）将函数应用到集合的元素上，从而实现对元素的遍历、评估和修改。
以下是一个使用Ranges的C++示例代码，它展示了如何通过管道操作符和Range适配器来过滤和转换集合中的元素：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>
int main() {
std::vector<int> ints = {0, 1, 2, 3, 4, 5};
auto even = [](int i) { return i % 2 == 0; };
auto square = [](int i) { return i * i; };
for (int i : ints | std::views::filter(even) | std::views::transform(square)) {
std::cout << i << ' ';
}
// 输出: 0 4 16
return EXIT_SUCCESS;
}
在这个示例中，定义了两个lambda函数even和square，分别用于过滤偶数和计算平方。然后，使用std::views::filter和std::views::transform适配器来处理集合中的元素，并输出结果。
Range适配器是Ranges库中的一个重要概念，它们可以接收一个可视范围或视图，并使用管道操作符和常规参数。例如，std::ranges::viewable_range定义了一个可以安全转换为视图的范围，而std::ranges::view定义了一个具有常数时间复制、移动和赋值操作的范围类型。
虽然Ranges提供了强大的功能，但在使用时也需要谨慎，以避免性能问题。例如，如果不正确地使用适配器，可能会导致不必要的重复操作。以下是一个示例，展示了如何通过改变适配器的顺序来优化性能：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>
int main() {
std::vector<int> ints = {1, 3, 5, 7, 9, 11};
auto even = [](auto elem) { return elem % 2 == 0; };
auto inc = [](auto elem) { return ++elem; };
auto range = ints | std::views::transform(inc) | std::views::filter(even);
for (int i : range) {
std::cout << i << ' ';
}
// 输出: 2 4 6 8 10 12
return EXIT_SUCCESS;
}
在这个示例中，首先对集合中的元素进行增量操作，然后过滤出偶数。然而，如果先过滤出偶数再进行增量操作，就可以减少操作次数，从而提高性能。
Ranges不仅可以用于STL容器，还可以用于自定义集合。以下是一个自定义集合的示例，它支持迭代器，并可以使用Ranges适配器进行迭代：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>
#include "custom_iterator.h"
int main() {
my_item_collection<std::vector, int> custom_ints2;
custom_ints2.add_item(5, 3);
custom_ints2.add_item(2, 7);
custom_ints2.add_item(1, 4);
// 定义自定义集合...
auto my_item_even = []<typename T>(my_item<T> &elem) { return elem.item() % 2 == 0; };
auto my_item_square = []<typename T>(my_item<T> &elem) { return elem.item() * elem.item(); };
for (auto elem : custom_ints2 | std::views::filter(my_item_even) | std::views::transform(my_item_square)) {
std::cout << elem << ' ';
}
// 输出: 196 16
std::cout << '\n';
}