**C++20 里程碑：使用 std::ranges 进行链式查询的完整指南**

在 C++20 之前，对容器的查询通常需要编写一系列标准算法，代码往往显得冗长且难以阅读。C++20 通过引入 std::ranges 与管道操作符（|）彻底改变了这一点。本文将演示如何利用 std::ranges 在单行代码中完成复杂的数据筛选、变换和排序，极大提升代码可读性与可维护性。

1. `std::ranges` 的基本概念

关键词	含义	示例
视图（View）	逻辑上对序列进行“投影”，不复制数据	`std::views::filter`、`std::views::transform`
管道操作符	把视图链连接成一条链	`data \| std::views::filter(...) \| std::views::transform(...)`
谓词/转换函数	传给视图的自定义函数	`[](int x){ return x%2==0; }`

提示：视图是延迟求值的，直到你实际遍历它们为止。

2. 经典示例：从一组整数中筛选偶数、取平方并排序

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>
#include <algorithm>

int main() {
    std::vector <int> numbers{1, 4, 3, 6, 8, 7, 2};

    auto processed = numbers
        | std::views::filter([](int n){ return n % 2 == 0; })          // 只保留偶数
        | std::views::transform([](int n){ return n * n; })           // 取平方
        | std::views::common();                                       // 转为可随机访问

    std::vector <int> sorted(processed.begin(), processed.end());
    std::ranges::sort(sorted);

    std::cout << "Result: ";
    for (int n : sorted)
        std::cout << n << ' ';
    std::cout << '\n';
}

输出：

Result: 4 16 36 64

说明

std::views::common() 用于将视图转换为支持随机访问的容器（std::vector）。

std::ranges::sort 只适用于随机访问容器；若你不需要排序，直接遍历视图即可。

3. 高级用法：结合多种视图与自定义谓词

假设我们要处理一个 std::vector<std::string>，需求是：

只保留长度大于 5 的字符串
转为大写
按字典序倒序排列

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <ranges>
#include <algorithm>
#include <cctype>

int main() {
    std::vector<std::string> words{"algorithm", "range", "view", "pipeline", "lambda", "function"};

    auto uppercase = [](std::string s) {
        std::transform(s.begin(), s.end(), s.begin(), ::toupper);
        return s;
    };

    auto processed = words
        | std::views::filter([](const std::string& s){ return s.size() > 5; })
        | std::views::transform(uppercase)
        | std::views::common();

    std::vector<std::string> sorted(processed.begin(), processed.end());
    std::ranges::sort(sorted, std::greater<>{});

    for (const auto& s : sorted)
        std::cout << s << ' ';
}

输出：

ALGORITHM FUNCTION

4. 性能考量

延迟执行：视图在迭代时才真正执行，避免了中间容器的复制。
内存占用：只保留需要的元素，节省空间。
可组合性：可以链式叠加视图，保持单一职责。

注意：若视图链包含过滤与变换，在每个元素上都会执行两次操作（一次过滤一次变换）。如果变换开销较大，可考虑先变换再过滤。

5. 与传统算法对比

需求	C++14 示例	C++20 `std::ranges` 示例
取偶数并平方	`std::copy_if` + `std::transform`	`views::filter` + `views::transform`
复杂筛选	多个 `std::copy_if`	单行链式调用
可读性	代码行数多	代码简洁、直观

6. 结语

C++20 的 std::ranges 为我们提供了一套强大而优雅的数据处理工具，让传统算法变得更具表现力。熟练运用视图和管道操作符后，复杂的数据处理逻辑都可以被压缩成一行代码，既提升了可读性，也减少了潜在的错误。

在后续的项目中，建议你：

先从简单的 filter 与 transform 开始尝试。
熟悉 common()、indirectly_readable 等概念，确保视图的类型兼容。
在性能敏感的地方，结合 std::views::take, std::views::drop, std::views::split 等高级视图进一步优化。

祝你编码愉快，玩转 C++20！

1. std::ranges 的基本概念