`<ranges>` 概念

發行項
10/12/2023

概念是 C++20 語言功能，可在編譯時期限制範本參數。它們有助於防止不正確的範本具現化、以可讀取形式指定範本引數需求，並提供更簡潔的範本相關編譯器錯誤。

請考慮下列範例，其會定義概念，以防止具現化具有不支援除法的類型範本：

// requires /std:c++20 or later
#include <iostream>

// Definition of dividable concept which requires 
// that arguments a & b of type T support division
template <typename T>
concept dividable = requires (T a, T b)
{
    a / b;
};

// Apply the concept to a template.
// The template will only be instantiated if argument T supports division.
// This prevents the template from being instantiated with types that don't support division.
// This could have been applied to the parameter of a template function, but because
// most of the concepts in the <ranges> library are applied to classes, this form is demonstrated.
template <class T> requires dividable<T>
class DivideEmUp
{
public:
    T Divide(T x, T y)
    {
        return x / y;
    }
};

int main()
{
    DivideEmUp<int> dividerOfInts;
    std::cout << dividerOfInts.Divide(6, 3); // outputs 2
    // The following line will not compile because the template can't be instantiated 
    // with char* because char* can be divided
    DivideEmUp<char*> dividerOfCharPtrs; // compiler error: cannot deduce template arguments 
}

當您將編譯器參數 /diagnostics:caret 傳遞至 Visual Studio 2022 17.4 版 Preview 4 或更新版本時，評估為 false 的概念 dividable<char*> 錯誤會直接指向失敗的運算式需求 (a / b) 。

範圍概念定義于 std::ranges 命名空間中，並在標頭檔中宣告 <ranges> 。它們用於範圍配接器、檢視表等的宣告中。

有六種範圍。它們與概念中列出的 <iterator> 反覆運算器類別相關。為了增加功能，類別如下：

範圍概念	描述
`output_range` `input_range`	指定您可以寫入的範圍。指定可從一次讀取的範圍。
`forward_range`	指定一個範圍，您可以讀取（且可能寫入）多次。
`bidirectional_range`	指定您可以向前和向後讀取和寫入的範圍。
`random_access_range`	指定您可以依索引讀取和寫入的範圍。
`contiguous_range`	指定範圍，其元素在記憶體中循序、大小相同，而且可以使用指標算術來存取。

在上表中，概念會依增加功能的順序列出。符合概念需求的範圍，通常會符合其前面資料列中之概念的需求。例如， random_access_range 具有、 forward_range 、 input_range 和 output_range 的功能 bidirectional_range 。例外狀況是 input_range ，無法寫入，因此它沒有的功能 output_range 。

Diagram of the ranges iterator hierarchy. input_range and output_range are the most basic iterators. forward_range is next and refines both input_range and output_range. bidirectional_range refines forward_range. random_access_range refines bidirectional_range. Finally, contiguous_range refines random_access_range

其他範圍概念包括：

範圍概念	描述
`range`^C++20	指定提供反覆運算器和 sentinel 的類型。
`borrowed_range`^C++20	指定範圍的反覆運算器存留期不會系結至範圍的存留期。
`common_range`^C++20	指定範圍反覆運算器的類型和範圍的 sentinel 類型相同。
`Simple_View`^C++20	不是定義為標準程式庫一部分的官方概念，而是用來作為某些介面的協助程式概念。
`sized_range`^C++20	指定可以有效率地提供其專案數目的範圍。
`view`^C++20	指定具有有效（常數時間）移動建構、指派和解構的類型。
`viewable_range`^C++20	指定類型，該類型為檢視或可以轉換成檢視。

`bidirectional_range`

bidirectional_range支援向前和向後讀取和寫入範圍。

template<class T>
concept bidirectional_range =
    forward_range<T> && bidirectional_iterator<iterator_t<T>>;

參數

T
要測試的類型，以查看其是否為 bidirectional_range 。

備註

這種範圍支援 bidirectional_iterator 或更新版本。 bidirectional_iterator具有的功能 forward_iterator ，但也可以往後反覆運算。

的 bidirectional_range 一些範例包括 std::set 、 std::vector 和 std::list 。

`borrowed_range`

borrowed_range如果您從物件取得的反覆運算器有效性，類型模型可能會高於物件的存留期。也就是說，即使範圍已不存在，也可以使用範圍的反覆運算器。

template<class T>
concept borrowed_range =
    range<T> &&
    (is_lvalue_reference_v<T> || enable_borrowed_range<remove_cvref_t<T>>);

參數

T
要測試的類型，以查看其是否為 borrowed_range 。

備註

rvalue 範圍的存留期可以結束于函式呼叫之後，不論範圍模型是否。 borrowed_range borrowed_range如果是，則不論範圍的存留期何時結束，您都可以繼續使用具有妥善定義行為的反覆運算器。

例如，如果 vectorlist 容器的存留期結束，則反覆運算器會參考已終結的元素，例如，如果容器的存留期結束，則情況並非如此。

例如，您可以繼續使用反覆運算器作為 borrowed_range 的反覆運算器，例如 iota_view<int>{0, 42} ， view 其反覆運算器超過一組值，這些值不受限於被終結，因為它們是隨選產生的。

`common_range`

的反覆運算器 common_range 類型與 sentinel 的類型相同。也就是說， begin() 並 end() 傳回相同的類型。

template<class T>
concept common_range =
   ranges::range<T> && std::same_as<ranges::iterator_t<T>, ranges::sentinel_t<T>>;

參數

T
要測試的類型，以查看其是否為 common_range 。

備註

從 std::ranges::begin() 取得 std::ranges::end() 型別，對於計算兩個反覆運算器之間的距離，以及接受反覆運算器配對所表示範圍的演算法而言很重要。

標準容器（例如， vector ）符合的需求 common_range 。

`contiguous_range`

的 contiguous_range 元素會循序儲存在記憶體中，而且可以使用指標算術來存取。例如，陣列是 contiguous_range 。

template<class T>
concept contiguous_range =
    random_access_range<T> && contiguous_iterator<iterator_t<T>> &&
    requires(T& t) {{ ranges::data(t) } -> same_as<add_pointer_t<range_reference_t<T>>>;};

參數

T
要測試的類型，以查看其是否為 contiguous_range 。

備註

contiguous_range指標算術可以存取，因為元素會循序配置在記憶體中，而且大小相同。這種範圍支援 continguous_iterator ，這是所有反覆運算器中最有彈性的。

的 contiguous_range 一些範例包括 std::array 、 std::vector 和 std::string 。

範例: `contiguous_range`

下列範例示範如何使用指標算術來存取 contiguous_range ：

// requires /std:c++20 or later
#include <ranges>
#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    // Show that vector is a contiguous_range
    std::vector<int> v = {0,1,2,3,4,5};
    std::cout << std::boolalpha << std::ranges::contiguous_range<decltype(v)> << '\n'; // outputs true

    // Show that pointer arithmetic can be used to access the elements of a contiguous_range
    auto ptr = v.data();
    ptr += 2;
    std::cout << *ptr << '\n'; // outputs 2
}

true
2

`forward_range`

forward_range支援讀取範圍數次（且可能寫入）。

template<class T>
concept forward_range = input_range<T> && forward_iterator<iterator_t<T>>;

參數

T
要測試的類型，以查看其是否為 forward_range 。

備註

這種範圍支援 forward_iterator 或更新版本。 forward_iterator可以多次逐一查看範圍。

`input_range`

input_range是可從一次讀取的範圍。

template<class T>
concept input_range = range<T> && input_iterator<iterator_t<T>>;

參數

T
要測試的類型，以查看其是否為 input_range 。

備註

當類型符合的需求 input_range 時：

函 ranges::begin() 式會傳 input_iterator 回。在上 input_range 呼叫 begin() 多次會導致未定義的行為。
您可以重複取 input_iterator 值，每次產生相同的值。 input_range不是多重傳遞。遞增反覆運算器會使任何複本失效。
它可以與搭配 ranges::for_each 使用。
它支援 input_iterator 或更新版本。

`output_range`

output_range是您可以寫入的範圍。

template<class R, class T>
concept output_range = range<R> && output_iterator<iterator_t<R>, T>;

參數

R
範圍的型別。

T
要寫入範圍的資料型別。

備註

的意義 output_iterator<iterator_t<R>, T> 在於，此類型會提供反覆運算器，可將型 T 別的值寫入類型 R 範圍。換句話說，它支援 output_iterator 或更新版本。

`random_access_range`

random_access_range可以依索引讀取或寫入範圍。

template<class T>
concept random_access_range =
bidirectional_range<T> && random_access_iterator<iterator_t<T>>;

參數

T
要測試的類型，以查看其是否為 sized_range 。

備註

這種範圍支援 random_access_iterator 或更新版本。 random_access_range具有、 output_range 、 forward_range 和 bidirectional_range 的功能 input_range 。 random_access_range是可排序的。

的 random_access_range 一些範例包括 std::vector 、 std::array 和 std::deque 。

`range`

定義類型必須符合才能 range 成為的需求。 range提供反覆運算器和 sentinel，讓您可以逐一查看其元素。

template<class T>
concept range = requires(T& rg)
{
  ranges::begin(rg);
  ranges::end(rg);
};

參數

T
要測試的類型，以查看其是否為 range 。

備註

的需求 range 如下：

它可以使用和進行 Iterated std::ranges::begin()std::ranges::end()
ranges::begin() 和 ranges::end() 在分攤的常數時間中執行，且不會修改 range 。分攤常數時間並不意味著 O（1），但一系列通話的平均成本，即使在最壞的情況下，是 O（n）而不是 O（n^2）或更糟。
[ranges::begin(), ranges::end()) 表示有效的範圍。

`Simple_View`

Simple_View是某些介面上使用 ranges 的僅限說明概念。它未定義于程式庫中。它只會用於規格中，以協助描述某些範圍配接器的行為。

template<class V>
  concept Simple_View = // exposition only
    ranges::view<V> && ranges::range<const V> &&
    std::same_as<std::ranges::iterator_t<V>, std::ranges::iterator_t<const V>> &&
    std::same_as<std::ranges::sentinel_t<V>, std::ranges::sentinel_t<const V>>;

參數

V
要測試的類型，以查看其是否為 Simple_View 。

備註

如果下列所有專案都成立，則檢視 V 為 Simple_View ：

V 是檢視
const V 是範圍
v和 const V 都有相同的反覆運算器和 sentinel 類型。

`sized_range`

提供 sized_range 分攤常數時間範圍中的專案數目。

template<class T>
  concept sized_range = range<T> &&
    requires(T& t) { ranges::size(t); };

參數

T
要測試的類型，以查看其是否為 sized_range 。

備註

的需求 sized_range 是呼叫 ranges::size 它：

不會修改範圍。
傳回分攤常數時間中的專案數目。分攤常數時間並不意味著 O（1），但一系列通話的平均成本，即使在最壞的情況下，是 O（n）而不是 O（n^2）或更糟。

的 sized_range 一些範例為 std::list 和 std::vector 。

範例: `sized_range`

下列範例顯示 vectorint 的 sized_range 是：

// requires /std:c++20 or later
#include <ranges>
#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    std::cout << std::boolalpha << std::ranges::sized_range<std::vector<int>> << '\n'; // outputs "true"
}

`view`

具有 view 固定的時間移動建構、指派和解構作業，不論其擁有的專案數目為何。檢視不需要複製可建構或可複製可指派，但如果是，這些作業也必須在固定時間內執行。

由於固定的時間需求，您可以有效率地撰寫檢視。例如，假設有一個稱為 input 的 int 向量，這個函式會判斷數位是否以三除，而一個將數位平方的函式，語句 auto x = input | std::views::filter(divisible_by_three) | std::views::transform(square); 就會有效率地產生檢視，其中包含輸入中三個可除數的平方。連線檢視與 | 一起稱為撰寫檢視。如果類型符合 view 概念，則可以有效率地撰寫。

template<class T>
concept view = ranges::range<T> && std::movable<T> && ranges::enable_view<T>;

參數

T
要測試的類型，以查看其是否為檢視。

備註

使檢視可組合的基本需求是移動/複製成本低廉。這是因為檢視是以另一個檢視撰寫時移動/複製。它必須是可移動的範圍。

ranges::enable_view<T> 是用來宣告符合概念語 view 意需求的特性。類型可以透過下列方式加入宣告：

公開且明確衍生自特製化的 ranges::view_interface
公開且明確衍生自空類別 ranges::view_base 、或
ranges::enable_view<T>專精于true

偏好選項 1，因為 view_interface 也提供預設實作來儲存您必須撰寫的一些未定案程式碼。

如果失敗，選項 2 比選項 3 簡單一點。

選項 3 的優點是，不需變更型別的定義即可。

`viewable_range`

viewable_range是一種類型，可以是檢視或可以轉換成檢視。

template<class T>
  concept viewable_range =
    range<T> && (borrowed_range<T> || view<remove_cvref_t<T>>);

參數

T
要測試的類型，以查看其是否為檢視或可轉換成檢視。

備註

使用 std::ranges::views::all() 將範圍轉換成檢視。

另請參閱

<ranges>
範圍配接器
 檢視類別

共用方式為

<ranges> 概念

bidirectional_range

參數

備註

borrowed_range

參數

備註

common_range

參數

備註

contiguous_range

參數

備註

範例: contiguous_range

forward_range

參數

備註

input_range

參數

備註

output_range

參數

備註

random_access_range

參數

備註

range

參數

備註

Simple_View

參數

備註

sized_range

參數

備註

範例: sized_range

view

參數

備註

viewable_range

參數

備註