ranges

<ranges> では、イテレータの組ではなく、コンテナや配列、部分的なコンテナなどの範囲(Range)を直接扱うライブラリを提供する。

C++17までは、標準アルゴリズム関数はイテレータの組を扱い、範囲を直接扱ってはいなかった。 このようなライブラリはBoost.Range、range-v3、cpplinqなどで実績があり、C++標準にも取り込まれることになった。

また、従来のイテレータの組は基本的に同じ型であることが期待されていたが、C++20のRangesではendで得られるものは番兵(sentinel)と規定され、イテレータと同じ型でなくてもよくなった。

<ranges>で定義されるコンセプトはイテレータを用いて定義されるものが多い。イテレータや番兵に関するコンセプトなどは引き続き<iterator>で提供される。

また、Range対応版のアルゴリズム関数は引き続き<algorithm>で提供される。

名前空間構造

<ranges>で定義されるものは全てstd::ranges名前空間の下にある。また、各種view型を生成するRangeアダプタ/ファクトリオブジェクトはstd::ranges::views名前空間の下で定義され、std::viewsからもアクセスする事ができる。

名前空間だけを見てみると次のようになっている。

namespace std {
  // 通常のstd名前空間

  namespace ranges {
    // <ranges>のものはここに定義される

    namespace views {
      // Rangeアダプタ/ファクトリオブジェクトが定義される

    }
  }

  // この名前空間エイリアスによって、std::viewsとしてstd::ranges::viewsにアクセスできる
  namespace views = ranges::views;
}

Rangeアクセス

これらの機能は従来<iterator>でフリー関数として提供されていた。 C++20では関数によるカスタマイゼーションポイントの問題点を解消するため、関数オブジェクトとして再実装されている。 互換性を維持するために従来の関数も残っているが、これらのカスタマイゼーションポイントオブジェクトを使用することが推奨される。

Rangeに関連する型へのアクセス

Rangeコンセプト

カスタマイゼーションポイント

ビューインターフェース

部分Range

ダングリングイテレータハンドリング

Rangeジェネレータ

Rangeファクトリ

Rangeファクトリは、Rangeではないオブジェクトからviewを生成するものである。 その実体は、引数の無いものは変数テンプレート、引数のあるものは関数テンプレートやカスタマイゼーションポイントオブジェクトとなっている。

empty view

single view

iota view

repeat view

istream view

Rangeアダプタ

Rangeアダプタは、既存のRangeに作用して新たなRangeを生成するものである。

RangeアダプタをRangeに作用させる方法には、一部の例外を除き、関数記法とパイプライン記法の2つがある。

RをRangeアダプタ、rを元になるRangeとする。このとき、以下の2つの式は同じviewを生成する。

R(r)   // 関数記法
r | R  // パイプライン記法

Rangeアダプタを適用した結果はview、すなわちRangeであることから、Rangeアダプタを次々と繋いでいくことができる。

R3(R2(R1(r)))     // 関数記法
r | R1 | R2 | R3  // パイプライン記法

Rangeアダプタの処理は遅延評価され、要素は必要になるまで生成されない。このような仕組みは実際の仕事の多くをイテレータが担うことで実現している。

for (auto&& item : r | R) {
  // ループ一回ごとに、(r | R)の要素を1つ生成する。このとき、rの要素を必要なだけ取得する。
}

Rangeアダプタオブジェクトは次のように定義される。

• 第1引数にviewable_rangeを受け取ってviewを返すカスタマイゼーションポイントオブジェクト

また、Rangeアダプタクロージャオブジェクトは次のように定義される。

• (C++20) viewable_rangeを受け取ってviewを返す単項関数オブジェクト
• (C++23) Rangeを受け取る単項関数オブジェクト

Rangeアダプタオブジェクトadaptorが2つ以上の引数をとる場合、以下の3つの式は等しい。

adaptor(range, args...)
adaptor(args...)(range)
range | adaptor(args...)

このとき、式adaptor(args...)の値がRangeアダプタクロージャオブジェクトになっている。

なお、元となるRangeを複数とるRangeアダプタは、パイプライン記法を提供しない。

all view

as rvalue view

filter view

transform view

take view

take while view

drop view

drop while view

join view

join with view

lazy split view

split view

concat view

counted view

common view

reverse view

as const view

elements view

enumerate view

zip view

zip transform view

adjacent view

adjacent transform view

chunk view

chunk by view

slide view

stride view

cartesian product view

Range変換

実装例

• libstdc++
• libc++
• MSVC

バージョン

言語

• C++20

処理系

• Clang: 13.0.0 ✅
• GCC: 10.1.0 ✅
• ICC: ?
• Visual C++: 2019 Update 10 ✅

関連項目

• <iterator>
• <concepts>
• <algorithm>

参照

• N4861 24 Ranges library
• N4950 26 Ranges library
• C++20 ranges
• P2278R4 cbegin should always return a constant iterator