引言

在C++的發展歷程中，每一個新版本都會帶來一些令人期待的特性和改進。C++23作為C++20的增量更新，聚焦于簡化代碼、增強類型安全和填補功能缺口。其中，std::views::chunk_by 作為范圍適配器的新成員，為我們處理數據序列提供了更加便捷和高效的方式。本文將詳細介紹 std::views::chunk_by 的基本概念、特性、使用場景以及示例代碼。

C++23 范圍庫概述

在深入了解 std::views::chunk_by 之前，我們先來簡單回顧一下C++20引入的范圍庫（Ranges library）。范圍庫是C++20的一個主要組成部分，它提供了一種新的方法來處理容器中的元素序列，使得代碼更加簡潔和可讀。范圍庫主要包含以下幾個關鍵概念：

范圍視圖（Range Views）

范圍視圖提供了一種不修改原始數據的情況下，對容器進行變換、過濾和切片的能力。常見的視圖包括 std::views::all、std::views::filter、std::views::transform 等。例如：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};auto even_numbers = vec | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; });auto squared = even_numbers | std::views::transform([](int x) { return x * x; });auto first_three = squared | std::views::take(3);for (int x : first_three) {std::cout << x << " ";}// 輸出: 4 16 36 return 0;
}

范圍算法（Range Algorithms）

C++20引入了新的范圍版本的算法，這些算法可以直接在范圍對象上操作，而不需要顯式循環。例如 std::ranges::sort、std::ranges::find 等。示例如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>int main() {std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2};std::ranges::sort(vec);std::cout << "Sorted vector: ";for (int x : vec) {std::cout << x << " ";}// 輸出: Sorted vector: 1 2 3 4 5 auto min_val = std::ranges::min(vec);std::cout << "\nMinimum value: " << min_val << std::endl;// 輸出: Minimum value: 1 return 0;
}

范圍適配器（Range Adapters）

范圍適配器類似于視圖，但它們通常用于創建新的范圍對象。常見的適配器包括 std::ranges::views::join、std::ranges::views::chunk_by_size 等。

std::views::chunk_by 介紹

基本概念

std::views::chunk_by 是C++23中引入的一個范圍適配器，它接受一個視圖和一個可調用對象（二元謂詞），并通過在每對相鄰元素之間拆分底層視圖來生成一個子范圍（塊）的視圖。對于這些元素，謂詞返回 false。每對元素中的第一個元素屬于前一個塊，第二個元素屬于下一個塊。

在標題 <ranges> 中定義如下：

template< ranges::forward_range V, std::indirect_binary_predicate<iterator_t<V>, ranges::iterator_t<V>> Pred >requires ranges::view<V> && std::is_object_v<Pred>
class chunk_by_view: public ranges::view_interface<chunk_by_view<V, Pred>> (since C++23)
namespace views {inline constexpr /* unspecified */ chunk_by = /* 未指定 */ ;
} (since C++23)

特性

• 謂詞而非等價關系：與D語言的 chunkBy 不同，std::views::chunk_by 不要求謂詞是一個等價關系。例如，D的 chunkBy 要求謂詞滿足自反性、對稱性和傳遞性，而 std::views::chunk_by 則沒有這個限制。
• 不支持輸入范圍：由于 chunk_by 需要對相鄰元素計算謂詞，因此它要求底層范圍是前向范圍（forward range）。緩存元素不是一種可行的方法，主要原因在 [P2321R2] 的第4.3.4節中有討論。
• 范圍屬性：如果底層范圍是雙向范圍（bidirectional range），則 chunk_by 也是雙向范圍；否則，它是前向范圍。如果底層范圍是通用范圍（common range），則 chunk_by 也是通用范圍。它永遠不會是借用范圍（borrowed range）或有大小范圍（sized range）。
• 緩存機制：類似于 split，chunk_by 在其 begin 中計算第一個范圍的末尾并進行緩存，以滿足攤銷的 $O(1)$ 要求。這意味著它不支持常量迭代。

使用場景

std::views::chunk_by 適用于需要將一個序列按照某種規則進行分組的場景。例如，將一個整數序列按照奇偶性進行分組，或者將一個字符串序列按照長度進行分組等。

示例代碼

簡單示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>
#include <fmt/core.h>int main() {std::vector<int> v = {1, 2, 2, 3, 0, 4, 5, 2};fmt::print("{}\n", v | std::views::chunk_by(std::ranges::less_equal{}));   // [[1, 2, 2, 3], [0, 4, 5], [2]]return 0;
}

在這個示例中，我們使用 std::views::chunk_by 和 std::ranges::less_equal{} 謂詞將整數序列 v 進行分組。當相鄰元素不滿足小于等于關系時，就會進行分組。

自定義謂詞示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>
#include <fmt/core.h>int main() {std::vector<int> v = {1, 3, 5, 2, 4, 6, 7, 9};auto is_odd = [](int x) { return x % 2 == 1; };auto chunked = v | std::views::chunk_by([&is_odd](int a, int b) { return is_odd(a) == is_odd(b); });for (const auto& chunk : chunked) {for (int x : chunk) {std::cout << x << " ";}std::cout << std::endl;}return 0;
}

在這個示例中，我們自定義了一個謂詞 is_odd 來判斷一個數是否為奇數。然后使用 std::views::chunk_by 將整數序列按照奇偶性進行分組。

總結

std::views::chunk_by 是C++23范圍庫中一個非常實用的范圍適配器，它為我們處理數據序列提供了更加靈活和高效的方式。通過使用 std::views::chunk_by，我們可以輕松地將一個序列按照某種規則進行分組，而不需要手動編寫復雜的循環和邏輯。同時，范圍庫的惰性求值特性也使得代碼更加高效，避免了不必要的計算和內存消耗。在實際開發中，我們可以根據具體的需求靈活運用 std::views::chunk_by 來簡化代碼，提高開發效率。