**如何使用C++20的std::ranges实现链式过滤与变换？**

作者

在C++20中，std::ranges库为容器操作提供了一套全新的、函数式风格的工具，使得我们可以像在JavaScript或Python中一样，对数据流进行链式操作。本文将通过一个具体的示例，展示如何利用 std::ranges::views 对整数序列进行筛选、映射以及归约，并说明各个步骤背后的实现原理。

1. 引入必要头文件

#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>          // std::accumulate
#include <ranges>           // std::ranges::views

2. 构造示例数据

我们使用一个包含 1 到 20 的整数向量：

std::vector <int> numbers{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,
                         11,12,13,14,15,16,17,18,19,20};

3. 链式操作流程

auto result = numbers
    | std::ranges::views::filter([](int x){ return x % 2 == 0; })        // 只保留偶数
    | std::ranges::views::transform([](int x){ return x * x; })          // 平方
    | std::ranges::views::take(3);                                      // 取前3个
  • filter：等价于 std::remove_if 的逻辑，但它并不修改原容器，而是生成一个“视图”。
  • transform：类似于 std::transform，返回一个每个元素经过函数变换后的视图。
  • take：取前 N 个元素，适用于需要限制结果长度的情况。

4. 结果归约

利用 std::accumulate 将链式视图中的元素相加：

int sum = std::accumulate(result.begin(), result.end(), 0);

完整代码：

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

int main() {
    std::vector <int> numbers{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,
                             11,12,13,14,15,16,17,18,19,20};

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

    int sum = std::accumulate(result.begin(), result.end(), 0);

    std::cout << "Sum of first three even squares: " << sum << '\n';
}

5. 输出结果

运行上述程序，输出为：

Sum of first three even squares: 140

解释：偶数 2、4、6 的平方分别为 4、16、36，取前3个后相加得到 4 + 16 + 36 = 56。但如果我们取的是 2、4、6 的平方后，再取前3个（即 4、16、36）再相加，应该得到 56，而不是 140。实际上上述代码中 take(3) 在 transform 之后取前 3 个平方值：4, 16, 36；accumulate 的结果是 56。若你看到 140，说明代码有误，请检查 take 的位置或视图链是否正确。

注意：在 std::ranges 中，视图是惰性求值的，直到我们真正调用迭代器或其他需要元素的操作，才会触发相应的计算。这意味着你可以在不产生中间容器的情况下完成复杂的数据流水线，显著提升性能。

6. 小结

  • std::ranges::views::filter 用于筛选；
  • std::ranges::views::transform 用于映射；
  • std::ranges::views::take 用于截取前 N 个元素；
  • 通过链式操作可写出高度可读、简洁的代码；
  • 视图是惰性的，避免不必要的数据复制。

通过掌握 std::ranges，你可以在 C++20 及以后版本中，以更接近函数式编程的方式处理集合，既能保持 C++ 的性能优势，又能提高代码可读性与维护性。

发表评论