C++20完整指南：子范围、参考视图与归属视图详解

概述

本文将深入探讨C++20标准库中三种重要的视图类型：子范围(subrange)、参考视图(ref_view)和归属视图(owning_view)。这些视图类型为处理范围提供了灵活且高效的方式，是现代C++范围编程的重要组成部分。

子范围(std::ranges::subrange)

基本概念

子范围是一种轻量级视图，用于表示现有范围内的一个连续元素序列。它通常由一对迭代器（开始和结束）或一个迭代器加计数来定义。

核心特性

• 元素类型：与传入迭代器的值类型相同
• 要求：至少需要输入迭代器
• 类别：继承自传入迭代器的类别
• 租借范围：总是（即不拥有元素）
• 常量可迭代：当传入迭代器可复制时

使用示例

std::vector<int> coll{0, 8, 15, 47, 11, -1, 13};
std::ranges::subrange s1{std::ranges::find(coll, 15),
                       std::ranges::find(coll, -1)};
// 输出: 15 47 11

工厂函数

std::views::counted()可用于从迭代器和计数创建子范围：

auto v = std::views::counted(coll.begin(), 3);

特殊特性

子范围可以是大小已知的(sized)或未知的(unsized)，这取决于：

1. 传入的迭代器类型（随机访问迭代器通常产生大小已知的子范围）
2. 是否显式提供了大小参数

类似元组的接口

子范围支持结构化绑定，可以方便地分解为开始和结束迭代器：

auto [beg, end] = std::ranges::subrange{coll};

参考视图(std::ranges::ref_view)

基本概念

参考视图提供了一种轻量级方式来引用现有范围，类似于引用包装器，但专为范围设计。

核心特性

• 元素类型：与传入范围相同
• 要求：至少需要输入范围
• 租借范围：总是
• 传播常量性：从不

使用示例

std::vector<std::string> coll{"love", "of", "my", "life"};
std::ranges::ref_view v{coll}; // 引用coll

工厂函数

std::views::all()可用于创建参考视图：

auto v = std::views::all(coll);

注意事项

• 只能为左值创建参考视图
• 当底层范围被销毁后，视图将失效

归属视图(std::ranges::owning_view)

基本概念

归属视图是唯一拥有元素所有权的视图类型，通过移动语义获取范围的元素。

核心特性

• 元素类型：与传入范围相同
• 要求：至少需要输入范围
• 传播常量性：总是
• 不可复制：只能移动

使用示例

std::vector vec{0, 8, 15};
std::ranges::owning_view v{std::move(vec)}; // 移动vec到视图

工厂函数

std::views::all()可用于创建归属视图：

auto v = std::views::all(std::move(coll));

注意事项

• 只能为右值创建归属视图
• 创建后会转移原范围的所有权

比较与选择指南

特性	子范围	参考视图	归属视图
所有权	无	无	有
创建方式	迭代器对/计数	左值范围	右值范围
复制语义	可复制	可复制	仅可移动
典型用途	表示范围子集	轻量级引用范围	获取范围所有权

实际应用建议

1. 当需要处理范围的一部分时，使用子范围
2. 当需要轻量级引用现有范围时，使用参考视图
3. 当需要获取范围所有权并延长其生命周期时，使用归属视图
4. 优先使用工厂函数(views::all, views::counted)而非直接构造视图

总结

C++20引入的这些视图类型为范围处理提供了强大而灵活的工具。理解它们的特性和适用场景，可以帮助开发者编写更高效、更现代的C++代码。子范围适合处理范围子集，参考视图提供轻量级引用，而归属视图则解决了临时范围所有权问题。合理选择和使用这些视图，可以显著提升代码的清晰性和性能。