使用C++20 std::ranges::view 和 std::ranges::transform 实现高效数据处理

2026-01-09 作者 stdcpp

在 C++20 中，std::ranges 引入了惰性视图（lazy view）和管道式操作符，使得对序列的处理既简洁又高效。下面通过一个完整示例，展示如何使用 std::views::filter, std::views::transform, 以及 std::views::take 来实现一段常见的数据处理流程：

读取整数序列
过滤出偶数
将其平方
取前 10 个结果
输出

提示：此示例不使用任何临时容器，所有操作都是惰性的，只有在最终迭代时才会真正执行计算。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>
#include <iterator>
#include <numeric>

int main() {
    // 1. 生成一个整数序列（示例中使用 0-99）
    std::vector <int> data = [] {
        std::vector <int> v;
        v.reserve(100);
        std::iota(v.begin(), v.end(), 0);
        return v;
    }();

    // 2-5. 构造视图链
    auto even_squares = data 
        | std::views::filter([](int n){ return n % 2 == 0; })   // 只保留偶数
        | std::views::transform([](int n){ return n * n; })    // 平方
        | std::views::take(10);                                 // 取前 10 个

    // 输出结果
    std::cout << "前 10 个偶数的平方为：\n";
    for (int n : even_squares) {
        std::cout << n << ' ';
    }
    std::cout << '\n';

    return 0;
}

代码解析

步骤	代码片段	说明
1	`std::vector
data = …`	生成 0~99 的整数序列。可以替换为任何可迭代容器。
2	`std::views::filter([](int n){ return n % 2 == 0; })`	`filter` 视图接受一个谓词，仅保留满足条件的元素。
3	`std::views::transform([](int n){ return n * n; })`	`transform` 视图对每个元素执行变换函数。
4	`std::views::take(10)`	`take` 视图截断序列，最多返回指定数量的元素。
5	`for (int n : even_squares)`	由于视图是惰性计算，真正的运算在此循环中一次性完成。

优点

惰性求值：只在真正需要元素时才执行，每一步只对当前元素进行一次访问，避免不必要的拷贝。
链式语义：代码可读性极高，像流水线一样直观。
无需额外容器：所有操作都是基于视图完成的，内存开销最小。

进阶使用

组合多视图

auto result = data
    | std::views::transform([](int x){ return x * 2; })
    | std::views::filter([](int x){ return x % 3 == 0; })
    | std::views::reverse
    | std::views::take(5);

与算法配合

auto max_val = std::ranges::max(even_squares); // 直接求最大值

自定义视图
如果标准视图无法满足需求，可以通过 std::ranges::view_interface 定义自己的视图。

常见陷阱

引用生命周期
视图内部仅保存对原容器的引用，确保原容器在视图使用期间不被销毁或修改。
返回值类型
std::views::filter、transform 等返回的是视图对象，不能直接存入普通容器，需要通过 std::ranges::to 或手动拷贝。

结语

C++20 的 std::ranges 让数据处理更像函数式编程，减少了样板代码，提升了性能。只要掌握好视图的组合使用，你可以在不牺牲可读性的前提下，编写出高效、优雅的代码。希望本文能帮助你快速上手并在项目中灵活运用。

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