区间range库

《C++11/14高级编程：Boost程序库探秘》笔记

range库在迭代器和容器上抽象出了“区间”的概念，基于迭代器和容器，但要求比容器低很多，不需要容纳元素，只含有区间的两个首末端点位置。vector是区间，string是区间，但stack不是区间，一个pair也是区间，数组也是区间，用元函数has_range_iterator可以判断一个类型是否是区间。
区间都是左闭右开的，可以用成员函数begin()/end()或者自由函数begin()/end()获得其两个端点。

range库的特征元函数

• range_iterator<R> ：返回区间的迭代器类型
• range_value<R> ：返回区间的值类型
• range_reference<R> ：返回区间的引用类型
• range_pointer<R> ：返回区间的指针类型
• range_category<R> ：返回区间的迭代器分类
• range_size<R> ：返回区间的长度类型（无符号整数）
• range_difference<R> ：返回区间的距离类型（有符号整数）
• range_reverse_iterator<R> ：返回区间的逆向迭代器（仅对双向区间）

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range库的操作函数

• begin() ：返回区间的起点
• end() ：返回区间的终点
• rbegin() ：返回逆向区间的起点（双向区间）
• rend() ：返回逆向区间的终点（双向区间）
• empty() ：判断区间是否为空
• distance() ：返回区间两端的距离
• size() ：返回区间的大小

begin()和end()对于没有begin()和end()成员函数的符合区间概念的类提供了方便的操作，比如说数组。这两个函数已经被收入了C++11标准。

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标准算法

range库在名字空间boost里提供了所有标准算法的区间版本，分成三个头文件：

• <boost/range/algorithm.hpp> ：C++中所有标准算法
• <boost/range/algorithm_ext.hpp> ：一些扩展算法，如erase、itoa
• <boost/range/numeric.hpp> ：数值标准算法

这些区间算法的参数除了把两个迭代器改为一个区间外，与标准算法基本相同，只是减少了写出两个迭代器位置的代码，更加简单：

std::vector<int> v{8,16,1,3,7,3,42}assert(boost::count(v,3) == 2);     //统计元素数量//实际调用标准算法std::count(boost::begin(v),boost::end(v),3)assert(boost::find(v,7) != v.end());    //查找元素boost::sort(v);

基本上这些区间算法根据返回类型分为两类，第一类算法返回原区间，一般都是变动性算法，处理整个区间，然后再返回原区间，返回值继续能够直接被其他算法使用。

std::vector<int> v(10);boost::rand48 rnd;boost::sort(                       //3.排序    boost::random_shuffle(         //2.随机打乱        boost::generate(v,rnd)));  //1.用随机数填充区间

（变动性算法包括以下几种：fill/fill_n、generate/generate_n、inplace_merge、random_shuffle、replace/replace_if、reverse/rotate、sort/stable_sort、partial_sort/nth_element、make_heap/sort_heap/push_heap/pop_heap）

第二类算法使用一个模板参数定制返回的区间，一般都与某种形式的查找/分割操作有关。这些算法的普通版本返回一个处理后的迭代器位置（如find算法），我们可以将这个迭代器位置成为found，依据found位置就可以得到两个常用的子区间：[begin(rng),found]和[found,end(rng)]。除了found位置，range库还定义了next(found)和prior(found)位置，和起点终点一起分割成四个部分。
range库在boost名字空间还声明了一个枚举类型range_return_value，作为区间算法的模板参数，为元计算定制返回的区间类型：

enum range_return_value{    return_found,    return_next,    return_prior,    return_begin_found,    return_begin_next,    return_begin_prior,    return_found_end,    return_next_end,    return_prior_end,    return_begin_end};

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迭代器区间类

区间的概念本质上就是一对迭代器，可以用std::pair<I,I>表示，但是std::pair<I,I>又过于简单，不能明确地表述出区间的含义，所以range库提供一个专门的区间类：iterator_range，它封装了两个迭代器，接口更标准化，而且轻量级。

std::vector<int> v(10);typedef iterator_range<vector<int>::iterator> vec_range; //区间类型定义vec_range r1(v);    //从容器构造一个区间assert(!r1.empty());assert(r1.size() == 10);int a[10];typedef iterator_range<int*> int_range;int_range r2(a,a+5);  //从两个迭代器构造区间assert(r2.size() == 5);

range库提供工厂函数make_iterator_range()，搭配关键字auto使用，可以省去创建iterator_range时需要手动指定迭代器类型的麻烦：

std::vector<int> v(10);auto r1 = make_iterator_range(v);   //从区间构造assert(has_range_iterator<decltype(r1)>::value);int a[10];auto r2 = make_iterator_range(a,a+5);   //从迭代器构造auto r3 = make_iterator_range(a,1,-1);  //从指定迭代器的位置assert(r3.size() == 8)

range库中还有一个模板函数copy_range，可以把区间里的元素拷贝到一个新的容器里：

char a[] = "iterator range";auto r = boost::find_first(a," ");  //使用find_first字符串算法assert(r.front() == ' ');           //返回查找到的区间auto r2 = make_iterator_range(a,r.begin()); //取字符串的前半部分assert(copy_range<string>(r2) == "iterator");

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range库辅助工具

介绍了很多辅助工具（函数），但是get不到用途精髓，而且大部分与迭代器的工具很像。

• sub_range
  是iterator_range的一个子类，目的在于表示一个子区间，和iterator_range有区别，sub_range的模板参数是一个前向区间类型，iterator_range是一个迭代器类型。sub_range有iterator_range全部功能
• counting_range
  与counting_iterator相似，返回一个计数迭代器的区间
• istream_range
  封装了输入流迭代器std::istream_iterator，把输入流的输入过程转化成一个区间
• irange
  类似counting_range，多了指定步长的功能
• combined_range
  利用zip_iterator，把多个区间“打包”为一个区间，相当于zip_iterator的区间强化版本。
• any_range
  使用类型擦除技术，可以应用在符合要求的“任意”容器上。这个有点有趣，就举个例子讲讲。
  它的一个类摘要如下：

template<    class Vaule,                     //值类型    class Traversal,                 //迭代器便利类型    class Reference = Value&,        //引用类型    class Difference = std::ptrdiff_t,    class Buffer = use_default>class any_range: public iterator_range<...>{...};

前面两个模板参数分别确定了区间的值类型和遍历类型，不需要关心区间下的容器的具体类型，只要这个容器满足Value和Traversal的要求即可，比如说一个单遍整数的any_range区间，可以任意处理list、vector甚至是set等容器。

typedef any_range<int,          //区间的值类型是int    boost::single_pass_traversal_tag> range_type;  //区间要求可单向遍历list<int> l = {1,3,5,7,9};range_type r(l);for(const auto& x:r){ cout << x << ","; }vector<int> v = {2,4,6,8,0};r = v;for(const auto& x:r){ cout << x << ","; }

range库还提供了一个工厂元函数，注意是元函数，它可以由一个区间或容器类型产生合适的any_range:

template<    class WrappedRange,             //区间要包装的类型    class Value = use_default,      //值类型    class Traversal = use_default,  //迭代器遍历类型    class Reference = use_default,  //引用类型    class Difference = use_default,    class Buffer = use_default>struct any_range_type_generator{    typedef any_range<...> type;   //元计算返回any_range};

any_range_type_generator只需要提供第一个模板参数区间或容器类型，其余值会自动推导，最后使用::type得到any_range类型，如：
typedef any_range_type_generator<decltype(l)>::type range_type
但any_range_type_generator由于需要提供区间或容器类型，降低了any_range的适配性，导致只能用在特定Traversal属性的容器上，如上面使用list类型产生的any_range，就不能用到vector上了。

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区间适配器

把一个区间适配成另一个区间。
同迭代器类似，区间适配器使用boost::copy来驱动数据通过区间和迭代器流动，而由于区间的自表达特性，它还重载了operator| ()，支持类似UNIX管道操作符的形式连接多个区间，每个区间执行一定的工作。

range库区间适配器位于名字空间boost::adaptors，需要头文件<boost/range/adaptos.hpp>
range库提供的区间适配器包含以下几种：

• adjacent_filtered(P)：使用谓词P过滤两个邻接的元素
• copied(n,m) ：取子区间[n,m)，只能用于随机访问区间
• filtered(P)：使用谓词P过滤元素
• indexed(i)：为迭代器添加一个从i开始的索引号
• map_keys：取出map容器里的key
• map_values：取出map容器里的value
• replaced(x,y)：把区间里的x替换为y
• replaced_if(P,v)：把区间里符合谓词P的元素替换为v
• reversed：逆序区间
• sliced(n,m)：同copied
• strided(n)：在区间上以步长n跳跃前进
• tokenized()：使用boost::regex正则处理
• transformed(F)：类似于std::transform算法，用F处理每一个元素
• uniqued：过滤掉相邻重复的元素

使用时，把原始区间想象成一个数据源，经过适配器后得到处理的数据，最后由算法来处理这些数据，有点类似流处理：

std::vector<int> v{7,8,4,6,53,2,6};boost::copy(                //copy算法    boost::sort(v) |        //先排序，区间改变        adaptors::uniqued,  //去重，原区间不变    ostream_iterator<int>(std::cout,","));  //去重后数据输出到标准流assert(boost::count(v,6) == 2);     //原区间排序但未去重auto even = [](int x){ return x%2 == 0; };assert(boost::distance(      //计算区间长度        v | adaptors::filtered(even)) == 5);  //仅计算偶数

可以灵活组合区间算法和区间适配器，但要注意，有些组合方式不可取，比如v | filtered | copied，i那位filtered返回的是双向区间——即使原始区间是随机访问区间，而copied和sliced都要求是随机访问区间，强行搭配会引发编译错误。

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连接区间

range库里还有一个比较常用的函数join()，它可以把两个区间连接为一个区间并不要求两个区间是相邻的。

std::vector<int> v;boost::copy(boost::irange(0,10),std::back_inserter(v));auto r1 = make_iterator_range(v.begin(),v.begin() + 3); //子区间0~2auto r2 = make_iterator_range(v.begin() + 5,v.end()); //子区间5~9auto r3 = boost::join(r1,r2);//输出0，1，2，5，6，7，8，9boost::copy(r3,ostream_iterator<int>(cout,","));