1.概要

2.内容

C++20 引入了一系列称为“范围（Ranges）”的新特性，这些特性为处理容器和范围提供了更简洁、更高效的方法。范围库主要包括视图（views）、操作（actions）和算法（algorithms）三个部分，旨在提高代码的可读性和性能。

视图（Views）

视图是轻量级的、不可变的范围适配器，它们可以对现有范围进行转换或过滤，生成新的范围。以下是一些常用的视图：

1. std::ranges::views::all：

   • 返回一个表示整个范围的视图。

2. std::ranges::views::filter：

   • 根据谓词对范围进行过滤。

   auto even_numbers = std::ranges::views::filter(numbers, [](int n) { return n % 2 == 0; });

3. std::ranges::views::transform：

   • 对范围中的每个元素应用一个函数，并生成一个新的范围。

   auto squares = std::ranges::views::transform(numbers, [](int n) { return n * n; });

4. std::ranges::views::slice：

   • 截取范围中的一部分。

   auto slice_of_numbers = std::ranges::views::slice(numbers, 1, 5);

操作（Actions）

操作是对范围执行某些操作的对象，例如将范围转换为容器，或者对范围中的元素进行排序。

1. std::ranges::to_vector：

   • 将范围转换为 std::vector。

   std::vector<int> vec = std::ranges::to_vector(numbers);

2. std::ranges::sort：

   • 对范围进行排序。

   std::ranges::sort(numbers);

算法（Algorithms）

C++20 范围库中的算法是对标准算法库（<algorithm>）的扩展，旨在与范围更好地协作。

1. std::ranges::find：

   • 在范围中查找元素。

   auto it = std::ranges::find(numbers, 42);

2. std::ranges::for_each：

   • 对范围中的每个元素应用一个函数。

   std::ranges::for_each(numbers, [](int n) { std::cout << n << " "; });

3. std::ranges::count：

   • 计算范围内等于某值的元素数量。

   auto count = std::ranges::count(numbers, 42);

示例代码

以下是一个使用范围库的简单示例：

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

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

    // 使用 views::filter 过滤出偶数
    auto even_numbers = std::ranges::views::filter(numbers, [](int n) { return n % 2 == 0; });

    // 使用 views::transform 将每个偶数平方
    auto squares = std::ranges::views::transform(even_numbers, [](int n) { return n * n; });

    // 将结果转换为 vector 并输出
    std::vector<int> result = std::ranges::to_vector(squares);
    for (int n : result) {
        std::cout << n << " ";
    }

    return 0;
}

总结

C++20 的范围库提供了一种更现代化、更简洁的方式来处理范围操作，极大地提高了代码的可读性和维护性。通过视图、操作和算法的组合，可以轻松地实现复杂的范围处理逻辑。

 3.关联链接

c++模块（Modules）-CSDN博客

c++20：概念（Concepts）-CSDN博客

c++20:范围（Ranges）-CSDN博客

c++20:协程（Coroutines）-CSDN博客

c++20:协程（Coroutines）-CSDN博客

c++协程（Coroutines）-无限的整数序列-CSDN博客

三路比较运算符（Spaceship Operator）-CSDN博客

std::format-CSDN博客

c++20,位操作增强-CSDN博客

c++20 空指针比较-CSDN博客

 

4.关联知识

1.c++20有什么新功能

C++20 是 C++ 标准的一个重要更新，它引入了许多新特性和改进，显著提升了语言的功能性和易用性。以下是一些关键的新功能：

一、模块（Modules）

• 功能：改变了组织源码文件的方式，旨在替换传统的头文件 #include 模型，以减少编译时间和改善依赖管理。在项目中，不再需要区分 .cpp 和 .h 文件。
• 示例：

// my_module.module
export module my_module;
export void greet() {
    std::cout << "Hello from the module!" << std::endl;
}

// main.cpp
import my_module;
int main() {
    greet();
    return 0;
}

二、概念（Concepts）

• 功能：允许在编译时精确指定模板参数需满足的条件，增强编译时错误信息和泛型编程的清晰度。
• 示例：

#include <concepts>

template<typename T>
concept Integral = std::is_integral_v<T>;

template<Integral T>
T abs(T x) {
    return x >= 0 ? x : -x;
}

int main() {
    static_assert(abs(42) == 42);
    static_assert(abs(-42) == 42);
    // static_assert(abs(42.0) == 42.0); // 错误，double不满足Integral概念
}

三、范围（Ranges）

• 功能：扩展了标准库中的算法，支持更简洁、更灵活的序列操作。Ranges 库是对标准模板库（STL）的一个重要扩展，它重新定义了容器和算法的交互方式，使代码更具可读性和表达力。
• 示例：

#include <range/v3/all.hpp>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    auto even = vec | ranges::view::filter([](int x) { return x % 2 == 0; });
    for (int val : even) {
        std::cout << val << " ";
    }
    return 0;
}

四、协程（Coroutines）

• 功能：正式支持协程，使得编写异步代码更为直观。协程是一种特殊的函数，允许在执行过程中暂停并在稍后恢复。
• 示例（简化的生成器示例）：

#include <coroutine>
#include <iostream>

struct Generator {
    struct promise_type;
    using handle_t = std::coroutine_handle<promise_type>;

    Generator(handle_t h) : coro(h) {}

    ~Generator() {
        if (coro) coro.destroy();
    }

    int next() {
        coro.resume();
        return coro.promise().current_value;
    }

private:
    handle_t coro;
};

struct Generator::promise_type {
    int current_value{0};
    Generator get_return_object() {
        return Generator{handle_t::from_promise(*this)};
    }

    std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }

    std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }

    void return_value(int value) {
        current_value = value;
    }

    void unhandled_exception() {
        std::terminate();
    }
};

Generator count_up_to(int limit) {
    for (int i = 1; i <= limit; ++i) {
        co_yield i;
    }
}

int main() {
    for (int val : count_up_to(5)) {
        std::cout << val << " ";
    }
    return 0;
}

五、三路比较运算符（Spaceship Operator）

• 功能：引入了<=>运算符，用于实现综合比较（小于、等于、大于）。
• 示例：

#include <compare>

struct Point {
    int x, y;
    auto operator<=>(const Point&) const = default;
};

int main() {
    Point p1{1, 2}, p2{1, 2};
    if (p1 == p2) std::cout << "Equal" << std::endl;
}

六、std::format

• 功能：C++20 引入的标准库函数，为字符串格式化提供了统一且强大的接口，类似于 Python 中的 str.format 或 C 的 printf 函数，但更加安全和灵活。
• 示例：

#include <format>
#include <iostream>

int main() {
    auto str = std::format("The answer is {}.", 42);
    std::cout << str << std::endl; // 输出: The answer is 42.
    return 0;
}

七、位操作增强

• 功能：C++20 对位操作进行了增强，引入了几个新函数来提高位操作的便利性和表达能力。
• 示例（使用 std::has_single_bit 和 std::countl_zero）：

#include <bit>
#include <iostream>

int main() {
    unsigned int num = 0b100000;
    std::cout << "Is power of 2?" << std::boolalpha << std::has_single_bit(num) << std::endl;
    std::cout << "Leading zeros: " << std::countl_zero(num) << std::endl;
}

八、空指针比较

• 功能：C++20 引入了新的空指针常量 nullptr 与整数类型的比较操作，明确禁止了这种比较，以防止潜在的逻辑错误。以前，比较 nullptr 和整数在某些实现下是允许的，但现在这样的比较会引发编译错误，确保了代码的清晰和安全。
• 示例（演示非法比较）：

void checkPointer(int* ptr) {
    // if (ptr == 0) // 在C++20中，这种比较会被认为是错误的。
    // std::cout << "ptr is null" << std::endl;
}

九、其他改进和新增特性

• 关键字和语法增强：引入了 co_await、co_return、co_yield 等关键字以支持协程，consteval 用于声明必须在编译时求值的常量表达式函数，constinit 用于声明必须在编译时初始化的变量，以及 inline 变量等。
• constexpr 支持的扩展：C++20 扩展了 constexpr 的能力，使其可以用于更复杂的表达式和函数，包括虚函数、动态内存分配、try-catch 异常处理等。
• std::span：一个轻量级的视图类型，表示一段连续内存的子集，它类似于指针和数组，但更安全、更易用。
• 类型安全和错误检查：通过引入概念（Concepts）和范围（Ranges），C++20 提供了更强的类型安全和更好的编译时错误检查。

总的来说，C++20 的这些新特性和改进使得 C++ 语言更加现代化、强大和易用。