C++20 Range Views 的实用指南

2026-01-12 作者 stdcpp

在 C++20 标准中，Range Views 提供了一个优雅的方式来对容器进行惰性操作。本文将介绍 Range Views 的核心概念、常用视图以及如何在实际项目中灵活运用。

1. Range 与 View 的区别

Range：任何可遍历的数据序列（如 `std::vector `、`std::array`）。
View：对 Range 的一层包装，提供延迟求值（惰性）以及函数式的链式操作。
例如 std::views::filter、std::views::transform 等。

2. 常用 View 示例

2.1 过滤（filter）

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

int main() {
    std::vector <int> data{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

    auto even = data | std::views::filter([](int x){ return x % 2 == 0; });

    for(int n : even)
        std::cout << n << ' ';   // 输出: 2 4 6 8 10
}

2.2 转换（transform）

auto squared = data | std::views::transform([](int x){ return x * x; });
for(int n : squared)
    std::cout << n << ' ';   // 输出: 1 4 9 16 25 36 49 64 81 100

2.3 组合使用（pipeline）

auto processed = data
    | std::views::filter([](int x){ return x > 5; })
    | std::views::transform([](int x){ return x * 2; });

for(int n : processed)
    std::cout << n << ' ';   // 输出: 12 14 16 18 20

3. View 的惰性特性

与 std::vector 的显式拷贝不同，View 只在迭代时执行对应的 lambda。
这意味着在链式操作中不需要额外的中间容器，显著节省内存和时间。

4. 典型应用场景

数据流处理：对大数据集做多级筛选、映射后立即消费。
算法组合：在算法库中（如 std::ranges::for_each）直接使用 View。
接口简化：为 API 返回一个 View，使用者可自行决定何时遍历。

5. 与传统容器的协作

虽然 View 强大，但在某些情况下需要将结果转换为容器（如 std::vector）。
使用 std::ranges::to（在 C++23 之后正式支持）或手动构造即可：

auto vec = std::vector <int>{processed.begin(), processed.end()};

6. 性能小结

时间：相比显式循环，View 的惰性执行避免了多次遍历。
空间：无中间容器，显著降低峰值内存。
编译成本：模板化实现，编译期会生成专门的代码，运行时无额外开销。

7. 结语

C++20 的 Range Views 为程序员提供了一种极简且强大的数据处理方式。只需少量代码即可完成复杂的过滤、映射和组合操作，且在保持惰性和高效的前提下，提升代码可读性和可维护性。建议在日常项目中积极尝试，逐步替代传统循环+容器的写法。

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