一、范围（Range）的目的

在 C++20 中，范围概念要求一个对象同时拥有迭代器和结束哨兵。这在标准集合的上下文中非常有用，特别是在开发针对集合的操作算法（例如模板函数）时。

假设有一个想要排序的值向量：

std::vector<int> values = {10, 20, 15, 35, 5};

可以使用 std::sort() 函数来排序：

std::sort(values.begin(), values.end());

注意，需要传递两个参数，分别是迭代器 values.begin() 和 values.end()。如果能够直接将集合传递给排序函数，那就太好了。

在 C++20 中，std::ranges 命名空间使得这成为可能。因此，可以这样写：

std::ranges::sort(values);

为了实现这一点，ranges::sort() 函数需要使用模板约束，即：

• 对象拥有一个返回迭代器的 begin() 方法
• 对象拥有一个返回结束哨兵的 end() 方法

只要满足这两个要求，算法就能正常工作，而实现无需知道实际集合是vector、list还是其他类型。

这些要求由 std::ranges::range concept形式化，该概念在 C++20 范围库中定义。

二、在模板函数中使用范围概念

如何使用范围概念来开发自己的算法：

#include <ranges>

template <typename T> 
requires std::ranges::range<T>
void mySort(T x)
{
    // 为了演示，我们只是包装了旧的 STL 算法。
    std::sort(x.begin(), x.end());
}

然后，只需用一个参数调用 mySort() 函数：

mySort(values);

三、投影

对对象数组进行排序的问题。以下表示学生考试成绩的类：

class Result
{
public:
    int studentId;
    int score;
};

不能简单地调用 std::ranges::sort()，因为 Result 类没有定义 < 运算符。此外，需要告诉排序函数这里是想按 studentId 还是按 score 排序。

新的 std::ranges 库允许指定一个自定义比较器作为可选的第二个参数，例如：

std::ranges::sort(results,
  [](const Result& x, const Result& y){return x.score < y.score;});

在 C++20 中，可以通过利用 std::ranges::sort() 函数支持投影的事实来进一步简化。这允许指定一个一元函数，用来转换集合中的每个元素：

std::ranges::sort(
  results, 
  std::ranges::less{},
    [](const Result& x){return x.score;});

这里，第三个参数是投影，它将每个 Result 对象转换为其整数 score 值。

需要在第二个参数中提供一个比较器，但由于我们已将元素“投影”到整数，因此可以使用内置的 std::ranges::less 比较器。

更棒的是，由于投影的默认模板类型是 std::ranges::less，可以为第三个参数写 {} 来表示想要使用默认构造函数。因此，代码变为：

std::ranges::sort(
    results, {},
    [](const Result& x){return x.score;});

可以使用“指向成员的指针”语法进一步简化：

std::ranges::sort(results, {},
    &Result::score);

四、视图

视图是范围适配器。因此，可以过滤范围中的元素，或对每个元素应用转换。所有这一切都在不需要分配任何新对象或复制集合的情况下完成。视图的结果本身就是一个范围，因此视图可以链接在一起，或随后传递到范围库中的任何算法。

例如，如果有一个向量 vec，可以删除范围中的第一个元素：

std::views::drop(vec, 1);

可以反转元素：

std::views::reverse(vec);

可以使用管道符号将范围适配器链接在一起：

vec | std::views::reverse | std::views::drop(1);

可以使用过滤器来选择仅包含偶数元素的范围：

vec | std::views::filter(
    [](auto i) { return 0 == i % 2; });

视图的强大之处在于它们允许延迟求值。

五、结论

范围为处理集合提供了急需的功能。它们为语法和可读性带来了重大改进。范围是 C++20 概念实际应用的绝佳示例。