C++23 范围迭代器作为非范围算法的输入 (P2408R5)

一、引言

在C++的发展历程中，每一个新版本都会带来一系列令人期待的新特性，这些特性不仅提升了语言的性能和表达能力，还为开发者提供了更加便捷和高效的编程方式。C++23作为C++标准的一个重要版本，引入了许多实用的特性，其中范围迭代器作为非范围算法的输入（P2408R5提案）就是一个非常有价值的特性，它为处理范围数据提供了新的视角和方法。

二、C++23及范围迭代器的背景知识

2.1 C++23概述

C++23是C++标准的下一个重要更新版本，虽然不如C++20那样具有颠覆性，但它依然带来了许多值得开发者关注的改进和新增特性。C++23在C++20的基础上进行了补充和优化，解决了一些细节问题，并引入了新的编程工具和方法，旨在进一步提升C++语言的功能和开发效率。

2.2 范围迭代器的概念

在传统的C++中，操作序列通常涉及迭代器（iterators）和算法（algorithms），这种方式虽然强大，但往往代码冗长且容易出错。C++20引入的Ranges库是一个重要特性，它彻底改变了我们处理序列数据的方式，提供了更富有表现力、更易组合的抽象。简单来说，Range就是一种可以遍历的序列，你可以把它想象成更智能、更灵活的数组或者容器。

范围迭代器是Ranges库中的重要组成部分，它提供了一种统一的接口来遍历和元素进行交互。迭代器可以被视为一种泛化的指针，它们允许程序员在不知道底层容器实现细节的情况下，对容器中的元素进行访问和操作。迭代器是STL的基石之一，因为它们允许算法与容器进行解耦，这意味着同一个算法可以用于不同的容器类型。

三、P2408R5提案的内容

3.1 提案背景

在实际编程中，我们常常希望能够使用范围和视图的迭代器作为C++17并行算法和其他需要前向迭代器或更高要求的算法的输入。然而，当前的标准在这方面存在一些限制，导致一些代码无法正常编译。例如，以下两段代码在某些编译器中无法正常工作：

std::vector<int> data = ...;
auto v = data | std::views::transform([](int x){ return x * x; });
int sum_of_squares = std::reduce(std::execution::par, begin(v), end(v));auto idxs = std::views::iota(0, N);
std::transform(std::execution::par, begin(idxs), end(idxs), begin(sqrts), [](int x) { return std::sqrt(float(x)); });

3.2 提案内容

P2408R5提案的主要内容是改变非范围算法的迭代器要求。对于前向迭代器及以上，不再要求迭代器满足某些Cpp17迭代器要求，而是要求迭代器符合某些迭代器概念。这使得来自多个标准视图的迭代器可以与需要前向迭代器或更高要求的非范围算法一起使用，例如大多数算法的并行重载。

具体来说，该提案撤回了将输入迭代器和输出迭代器更改为使用迭代器概念的部分，输入和输出迭代器的要求与当前标准保持不变，仍然使用Cpp17迭代器要求。同时，该提案还讨论了zip_view等视图的迭代器。

四、范围迭代器作为非范围算法输入的优势

4.1 代码简洁性

使用范围迭代器作为非范围算法的输入可以使代码更加简洁明了。在以往的数据处理过程中，可能需要编写大量的代码来完成，而现在只需要使用范围迭代器就可以轻松实现。例如，将范围转换为容器的操作，使用范围迭代器可以减少不必要的代码，提高代码的可读性和可维护性。

4.2 提高开发效率

在实际编程中，我们常常需要将数据从一种形式转换为另一种形式，范围迭代器就像是为我们提供了一辆高效的运输车，大大提高了开发效率。它减少了开发者手动编写转换代码的工作量，让开发者可以将更多的精力放在业务逻辑的实现上。

4.3 更好的兼容性

范围迭代器与C++23的stl容器的范围版本构造函数配合良好，使得代码具有更好的兼容性。这意味着开发者可以更加方便地使用现有的算法和容器，而不需要进行大量的修改。

五、具体的代码示例

5.1 使用范围迭代器进行并行计算

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>
#include <numeric>
#include <execution>int main() {std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};auto v = data | std::views::transform([](int x){ return x * x; });int sum_of_squares = std::reduce(std::execution::par, std::ranges::begin(v), std::ranges::end(v));std::cout << "Sum of squares: " << sum_of_squares << std::endl;return 0;
}

5.2 使用范围迭代器进行过滤和转换

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>int main() {std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};auto even_squares = numbers | std::views::filter([](int n) { return n % 2 == 0; })| std::views::transform([](int n) { return n * n; });for (int n : even_squares) {std::cout << n << ' ';}std::cout << std::endl;return 0;
}

六、总结与展望

6.1 总结

C++23中范围迭代器作为非范围算法的输入（P2408R5提案）是一个非常有价值的特性，它为处理范围数据提供了新的视角和方法。通过改变非范围算法的迭代器要求，使得来自多个标准视图的迭代器可以与需要前向迭代器或更高要求的非范围算法一起使用，提高了代码的简洁性、开发效率和兼容性。

6.2 展望

随着C++标准的不断发展，我们可以期待更多类似的特性被引入，进一步提升C++语言的功能和开发效率。同时，开发者也可以更加方便地使用C++进行高效的编程，处理各种复杂的任务。未来，范围迭代器可能会在更多的场景中得到应用，为C++编程带来更多的便利。