Range-v3 в C++

Привет, Хабр!

Сегодня рассмотрим Range-v3 — библиотеку, которая изменила подход к обработке последовательностей в C++ и стала основой для std::ranges в C++20.

Range-v3 — это библиотека, расширяющая стандартную библиотеку C++ возможностью работать с диапазонами вместо begin()/end(). В основе идеи лежат три концепции:

1. Views — ленивые представления данных

2. Actions — eager-операции над контейнерами

3. Pipeline (|) — декларативный синтаксис для обработки последовательностей

Почему Range-v3 может быть лучше стандартных алгоритмов?

Допустим, есть стандартный код на std::algorithm:

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

// Фильтрация + преобразование
std::vector<int> filtered;
std::copy_if(data.begin(), data.end(), std::back_inserter(filtered),
             [](int i) { return i % 2 == 0; });

std::vector<int> transformed;
std::transform(filtered.begin(), filtered.end(), std::back_inserter(transformed),
               [](int i) { return i * i; });

for (int x : transformed) {
    std::cout << x << " ";
}

Проблема:

1. Куча промежуточных контейнеров filtered, transformed → лишние аллокации

2. Много boilerplate кода → std::copy_if + std::transform

3. Можно забыть std::back_inserter и получить UB

А теперь на Range-v3:

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

int main() {
    using namespace ranges;

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

    auto rng = data 
             | views::filter([](int i) { return i % 2 == 0; }) // Оставляем чётные
             | views::transform([](int i) { return i * i; });  // Возводим в квадрат

    for (int x : rng) std::cout << x << " ";
}

Теперь у нас нет промежуточных векторов, никакого std::copy_if. Код читается сверху вниз, легко понять логику. Работает лениво и элементы вычисляются только при for

Вывод:

4 16 36 64 100

Как это работает?

Когда пишем:

auto rng = data | views::filter([](int i) { return i % 2 == 0; });

происходит следующее:

1. Создаётся ленивый View, который не делает никаких вычислений сразу

2. rng хранит ссылку на data + фильтрующую лямбду

3. При итерации по rng:

   • Вызывается operator++

   • Проверяется filter

   • Неподходящие элементы пропускаются

Некоторые views копируют контейнер. Например:

auto rng = views::transform(data, [](int x) { return x * 2; }); // data копируется!

Ошибка: data передаётся по значению!

Правильный вариант:

auto rng = views::all(data) | views::transform([](int x) { return x * 2; });

Теперь data не копируется.

Actions

Если Views ленивы, то Actions сразу модифицируют контейнер.

Пример сортировки и удаления дубликатов одной цепочкой:

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

int main() {
    std::vector<int> data = {4, 2, 3, 1, 4, 3, 2, 5};

    data |= ranges::actions::sort | ranges::actions::unique;

    for (int x : data) std::cout << x << " ";
}

Выход:

1 2 3 4 5

actions::sort сортирует контейнер, actions::unique удаляет дубликаты

Альтернативный вариант (без |=):

std::vector<int> result = data | actions::sort | actions::unique;

Но он требует копирования.

Как писать свой кастомный View?

Допустим, нужен views::pow, который возводит элементы в степень. Стандартные views::transform работают, но это некрасиво.

Сделаем свой View, который будет читаться так:

auto rng = data | views::pow(3); // Возводим всё в куб

Создадим адаптер. Любой View в Range-v3 строится через view_adaptor. Это базовый класс, который управляет итерацией.

#include <range/v3/view/adaptor.hpp>
#include <cmath>

struct pow_view : ranges::view_adaptor<pow_view, ranges::view_base> {
    friend ranges::range_access;

    int power_;

    explicit pow_view(int p) : power_(p) {}

    // Магия: возведение в степень при итерации
    template<typename It>
    auto read(It it) const { return std::pow(*it, power_); }
};

// Удобный адаптер
auto pow(int p) { return pow_view{p}; }

Этот pow_view работает как views::transform, но нагляднее.

Теперь кастомный View можно использовать точно так же, как стандартные.

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

int main() {
    std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5};

    auto rng = data | pow(3); // Возводим в куб

    for (int x : rng) std::cout << x << " ";
}

Выход:

1 8 27 64 125

В проде View должен уметь работать с разными контейнерами. Добавим поддержку любой последовательности.

template <typename Rng>
struct pow_view : ranges::view_adaptor<pow_view<Rng>, Rng> {
    friend ranges::range_access;

    int power_;

    explicit pow_view(Rng rng, int p) : pow_view::view_adaptor(std::move(rng)), power_(p) {}

    // Возводим в степень
    auto read(auto it) const { return std::pow(*it, power_); }
};

// Обёртка для удобного использования
template <typename Rng>
auto pow(Rng &&rng, int p) {
    return pow_view<Rng>{std::forward<Rng>(rng), p};
}

Теперь это работает с любыми контейнерами:

std::list<double> numbers = {1.5, 2.0, 3.7, 4.1};

auto rng = pow(numbers, 2); // Возведение в квадрат

Теперь поддерживаем и std::list, и std::vector, и std::set!

Подробнее про Range-v3 можно посмотреть здесь.

---

12 февраля пройдет открытый урок «Отладка в С++. Место в жизненном цикле разработки», на котором:

- узнаете, как использовать отладчик GNU (GDB) для эффективной отладки программ на C++;
- научитесь выявлять и устранять проблемы, связанные с памятью в C++;
- разберетесь с понятием неопределенного поведения в C++ и с тем как его отладить;
- научитесь читать и интерпретировать трассировки стека, чтобы быстро определять местоположение ошибок.

Записаться на урок бесплатно можно на странице курса по C++.