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- const README: rewrite the space-saving claim per issue #5 follow-ups (constant-expression const vs #define immediates; which const qualify as constant expressions) - const README: fix the class-section diagnosis per issue #338 (overload resolution picks the const overload; the restriction only surfaces once that overload is removed) - sizeof README: virtual-inheritance result is compiler-dependent (GCC merges vbptr+vfptr -> 16, MSVC keeps them separate -> 32) #246 - static README: new section on internal linkage / access restriction with anonymous-namespace comparison #142 - 10-day practice: full problem list table + fixed day links #136 - new design_pattern/singleton/singleton_default.hpp: reusable thread-safe CRTP singleton template, compile+concurrency tested #303
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> 来自 [C++那些事网站](https://light-city.github.io/stories_things/modern-cpp/cpp20/cpp20-ranges/) 的文章，由站点同步脚本导出。
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# C++20 Ranges 库
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[TOC]
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ranges是C++20的主要特性之一，其中"view"是比较重要的一部分。C++20之前，标准库的算法实现是基于迭代器来实现的，例如：std::sort。
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```cpp
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std::sort(v.begin() + 2, v.end())
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```
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迭代器 + 算法能够完成一些复杂的操作，例如：我想要倒这排序：
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```cpp
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std::sort(v.rbegin(), v.rend())
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```
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但是它也伴随着一些问题：
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- 容易混用两个不兼容的迭代器。
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- 算法的组合能力太弱，需要存储一些中间变量
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例如：现在有一个学生信息系统，我们想要计算**年龄在21-25区间且GPA >= 3.5，求取满足前面条件的学生总GPA**。C++17之前我们可以写出下面这样的伪代码：
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```cpp
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std::vector<Student> students
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std::vector<Student> selected;
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std::copy_if(students.begin(), students.end(), std::back_inserter(selected),
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[](const Student& student) {
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return student.age >= 21 && student.age <= 25 && student.gpa >= 3.5;
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});
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double s = std::accumulate(
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selected.begin(), selected.end(), 0.0,
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[](double sum, const Student& student) { return sum + student.gpa; });
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```
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可以看到我们在过滤前面满足条件的学生信息时需要将其拷贝到selected，然后再对其求和。
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C++20 引入了一种更为简洁、高效的写法，通过使用范围和管道操作符 `|` 连接多个操作，可以在不需要中间变量的情况下直接求和，例如：
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```cpp
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double s = 0.0;
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for (const auto& student :
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students | std::views::filter([](const auto& s) {
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return s.age >= 21 && s.age <= 25 && s.gpa >= 3.5;
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}) | std::views::transform([](const auto& s) { return s.gpa; })) {
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s += student;
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}
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```
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可以看到多个算法之间无缝衔接，减少了中间临时变量的内存分配，其可读性也大大增加，通过管道`|`将不同的操纵连接在一块。
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接下来，让我们一起探讨C++20 ranges相关的内容。
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## 1.基础概念
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1.range
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range 是一种表示一个序列的抽象概念。它可以是任何具有迭代器的容器或者是一个定义了 `begin()` 和 `end()` 函数的对象。如 `std::vector`、`std::list` 等都是范围的例子。对于数组，也可以视为范围。
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2.view
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view 是对 Range 的一种只读访问。它是一种惰性计算的方式，只有在需要的时候才会进行计算，这意味着它并不实际存储数据。例如： `std::views::filter` 和 `std::views::transform` 就是view的典型例子。它们允许我们对 range 进行筛选和转换，而不必实际创建新的容器。
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3.algorithm
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算法是对range或view进行操作的函数，例如：`std::sort`、`std::find` 等都是算法的例子。
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4.`|`
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管道操作符`|`，可以将视图与算法链接起来，将左侧的结果作为右侧的输入。它使得代码更为清晰、简洁。例如： `students | std::views::filter(...)` 将 `students` 范围传递给 `std::views::filter` 进行过滤操作，然后再将结果传递给后续的操作。
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以上面的student计算为示例，在这个例子中我们使用了范围students通过`|`作为视图filter的输入，然后将结果作为视图transform的输入，最后返回一个范围，基于这个范围进行循环，通过累加算法求和得到结果。
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```cpp
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double s = 0.0;
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for (const auto& student :
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students | std::views::filter([](const auto& s) {
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return s.age >= 21 && s.age <= 25 && s.gpa >= 3.5;
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}) | std::views::transform([](const auto& s) { return s.gpa; })) {
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s += student;
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}
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```
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可以看到，使用range有如下好处：
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- 提高代码可读性
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- 懒惰计算： Ranges 引入了视图（view）的概念，允许懒惰计算，即在需要时才计算结果。
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例如：只有在`*v.begin()`时才会去计算。
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```cpp
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auto v = std::views::reverse(vec);
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std::cout << *v.begin() << std::endl;
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```
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- 减少错误： Ranges 的设计有助于减少一些传统迭代器操作中容易出现的错误，例如使用不兼容的迭代器。
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- 等等。
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范围概念引入了不同的概念来描述不同类型的范围。这些概念有助于在泛型编程中更好地理解和限制范围的特性。以下是一些常用的范围概念：
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> https://en.cppreference.com/w/cpp/ranges
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| 概念 | 描述 | 容器举例 |
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| ---------------------------------- | --------------------------------- | ------------------------------------------------------------ |
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| `std::ranges::input_range` | 可以从头到尾至少迭代一次 | std::forward_list、std::list、std::duque、std::array、std::vector |
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| `std::ranges::forward_range` | 可以从头到尾迭代多次 | std::forward_list、std::list、std::duque、std::array、std::vector |
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| `std::ranges::bidirectional_range` | 迭代器也可以向后移动`--` | std::list、std::duque、std::array、std::vector |
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| `std::ranges::random_access_range` | 你可以在常数时间内跳转到元素 `[]` | std::duque、std::array、std::vector |
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| `std::ranges::contiguous_range` | 元素总是连续存储在内存中 | std::array、std::vector |
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## 2.使用
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使用这个特性比较简单，只需要引入头文件，使用接口即可。
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例如：过滤一堆数字当中的偶数。
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```cpp
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#include <ranges>
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auto evenNumbers = numbers | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; });
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```
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编译：指定-std即可。
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```cpp
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g++ -std=c++20 main.cc -o main
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```
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编译器支持可以阅读下面清单：
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> https://en.cppreference.com/w/cpp/compiler_support/20
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gcc >=10，clang >=13(partial)，>=15全面支持。 |