C++23 views::as_rvalue (P2446R2) 深入解析

引言

在C++的发展历程中，每一个新版本都会带来一系列令人期待的新特性，这些特性不仅提升了语言的性能和表达能力，还为开发者提供了更加便捷和高效的编程方式。C++23作为C++标准的一个重要版本，也不例外。其中，views::as_rvalue（提案编号P2446R2）就是C++23引入的一个非常实用的特性，它与C++20引入的Ranges库紧密相关，为处理范围数据提供了新的视角和方法。

C++20 Ranges库回顾

在深入了解views::as_rvalue之前，我们有必要先回顾一下C++20引入的Ranges库。Ranges库是C++20的一个重要特性，它彻底改变了我们处理序列数据的方式，提供了更富有表现力、更易组合的抽象。

什么是Ranges

简单来说，Range就是一种可以遍历的序列，你可以把它想象成更智能、更灵活的数组或者容器。C++20引入了Ranges这个概念，让我们可以更方便地操作这些序列。例如，我们可以使用Ranges来过滤、转换、拼接序列等。

std::views的作用

std::views是C++20里提供的一系列工具函数，用来对序列进行各种变换。它可以帮助我们以一种非常直观的方式对序列进行操作，比如过滤、转换、切片等等。以下是一个简单的示例，展示了如何使用std::views来过滤出数组中的偶数，并将这些偶数加倍：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>int main() {std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};auto result = numbers | std::views::filter([](int n) { return n % 2 == 0; })| std::views::transform([](int n) { return n * 2; });for (int n : result) {std::cout << n << ' ';}return 0;
}

在这个示例中，我们使用std::views::filter和std::views::transform对序列进行了处理，代码不仅简洁，而且非常直观。

views::as_rvalue 概述

基本概念

std::ranges::views::as_rvalue和std::ranges::as_rvalue_view是C++23引入的两个新特性，它们实际上是在Ranges中进行std::move的动作。views::as_rvalue是一个RangeAdaptorObject，它可以将输入范围的元素转换为右值引用，从而实现移动语义。

原型定义

以下是as_rvalue_view的原型定义：

template< ranges::view V >requires ranges::input_range<V>
class as_rvalue_view: public ranges::view_interface<as_rvalue_view<V>>

同时，还有一个模板定义：

template< class T >
inline constexpr bool enable_borrowed_range<std::ranges::as_rvalue_view<T>> =std::ranges::enable_borrowed_range<T>;

工作原理

views::as_rvalue会根据输入范围的元素类型来决定如何处理。如果输入范围的元素已经是右值，那么它会直接返回views::all(r)；如果输入范围的元素是左值，那么它会返回as_rvalue_view{r}。这样可以避免对已经是右值的范围进行不必要的std::move操作，从而提高性能。例如：

import std ;
int main ( ) {std::string str = "move, all_move, as_rvalue" ; // 入力文字列を', 'で分割して、それに何かを付け加えて、stringのvectorに诘める auto strvec = str | std::views::split(std::string_view { ", " } ) | std::views::transform([](auto substr) -> std::string { return "views::" + std::string(std::from_range, substr); } ) | std::views::as_rvalue // 何もしない | std::ranges::to<std::vector> ; // 2行目のtransformによってstd::stringのprvalueの范囲となっており // as_rvalueは何もせず、最后のranges::toによるvectorへの挿入ギリギリまでprvalueは実体化しない for (auto & str : strvec) {std::println("{:s}", str); }
}

在这个示例中，由于transform操作已经将元素转换为std::string的prvalue范围，所以as_rvalue不会进行任何操作，避免了不必要的开销。

应用场景

容器元素的移动

views::as_rvalue在处理容器元素的移动时非常有用。例如，当我们需要将一个容器中的元素移动到另一个容器中时，可以使用views::as_rvalue来避免不必要的复制操作。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <ranges>
#include <memory>int main() {std::vector<std::unique_ptr<int>> upvec;upvec.emplace_back(std::make_unique<int>(10));upvec.emplace_back(std::make_unique<int>(100));upvec.emplace_back(std::make_unique<int>(17)); // 使用views::as_rvalue将元素移动到list中auto up_list = upvec | std::views::as_rvalue | std::ranges::to<std::list>; for (const auto& ptr : up_list) {std::cout << *ptr << ' ';}std::cout << std::endl;return 0;
}

在这个示例中，我们使用views::as_rvalue将upvec中的元素移动到up_list中，避免了复制操作，提高了性能。

与其他视图适配器结合使用

views::as_rvalue还可以与其他视图适配器结合使用，实现更复杂的操作。例如，我们可以先使用views::filter过滤出满足条件的元素，再使用views::as_rvalue将这些元素转换为右值引用，最后将它们移动到另一个容器中。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <ranges>
#include <memory>int main() {std::vector<std::unique_ptr<int>> upvec;upvec.emplace_back(std::make_unique<int>(10));upvec.emplace_back(std::make_unique<int>(100));upvec.emplace_back(std::make_unique<int>(17)); // 过滤出大于50的元素，并将它们移动到list中auto up_list = upvec | std::views::filter([](const auto& ptr) { return *ptr > 50; })| std::views::as_rvalue | std::ranges::to<std::list>; for (const auto& ptr : up_list) {std::cout << *ptr << ' ';}std::cout << std::endl;return 0;
}

在这个示例中，我们先使用views::filter过滤出大于50的元素，再使用views::as_rvalue将这些元素转换为右值引用，最后将它们移动到up_list中。

总结

views::as_rvalue是C++23引入的一个非常实用的特性，它与Ranges库紧密结合，为处理范围数据提供了新的视角和方法。通过将输入范围的元素转换为右值引用，views::as_rvalue可以实现移动语义，避免不必要的复制操作，从而提高性能。同时，它还可以与其他视图适配器结合使用，实现更复杂的操作。在实际开发中，合理使用views::as_rvalue可以让我们的代码更加高效和简洁。