第8.2章: range 类别

概述

不同的 range 支持的操作并不相同。有些只能被读取一次，有些允许多次遍历，有些允许向后移动，还有一些允许常数时间跳跃或直接访问内存地址。

理解这些差异的一个清晰方式，是把 range 类别看作一条能力层级。每一级都包含上一级的全部能力，并在此基础上增加新的能力。

本章将介绍：

range 类别的完整层级
从 input_range 到 contiguous_range 的可读链条
独立的可写分支 output_range
如何用 if constexpr 探测类别

1. 完整的 range 层级

所有 range 类别都是对基础概念 range 的细化。由此，层级分成一条可读链条和一个独立的可写分支：


range
│
├── input_range
│     │
│     ├── forward_range
│     │
│     ├── bidirectional_range
│     │
│     ├── random_access_range
│     │
│     └── contiguous_range
│
└── output_range   (separate writable branch)

本章关注可读层级（图中左侧分支）。

2. input_range

最小的可读类别。input_range 支持：

只能读取元素一次
只能向前移动
单遍遍历

3. forward_range

forward_range 具有 input_range 的全部能力，并额外支持：

对同一批元素进行多次遍历
按相同顺序重新访问元素

forward_range 同时也是 input_range。

4. bidirectional_range

bidirectional_range 具有 forward_range 的全部能力，并额外支持：

既能向前也能向后移动

bidirectional_range 同时也是 forward_range。

5. random_access_range

random_access_range 具有 bidirectional_range 的全部能力，并额外支持：

常数时间跳到任意位置
用 r[i] 做下标访问

random_access_range 同时也是 bidirectional_range。

6. contiguous_range

contiguous_range 具有 random_access_range 的全部能力，并额外保证它的元素在程序的抽象地址空间中占据相邻的地址。

当 range 非空时，对任何指向真实元素（而不是 end()）的迭代器 it，下面的等式成立：


::std::to_address(it) + 1 == ::std::to_address(it + 1)

这一表述用迭代器刻画连续性，而且不需要解引用。

contiguous_range 同时也是 random_access_range。

7. output_range（独立分支）

output_range 是 input_range 的可写对应物。它允许写入元素，但不要求从 range 读取。

它不属于可读层级，而是在 range 之下自成一支。

有些 range 只可读，有些只可写，还有一些两者都支持。

8. 用 `if constexpr` 探测 range 类别

range 类别是编译期属性，可以用 if constexpr 和标准概念来探测。


void analyze_vector(::fast_io::vector& v)
{
    if constexpr(::std::ranges::contiguous_range<decltype(v)>)
        print("vector is a contiguous range\n");

    if constexpr(::std::ranges::random_access_range<decltype(v)>)
        print("vector is a random_access range\n");

    if constexpr(::std::ranges::bidirectional_range<decltype(v)>)
        print("vector is a bidirectional range\n");

    if constexpr(::std::ranges::forward_range<decltype(v)>)
        print("vector is a forward range\n");

    if constexpr(::std::ranges::input_range<decltype(v)>)
        print("vector is an input range\n");

    if constexpr(::std::ranges::output_range<decltype(v), int>)
        print("vector is an output range for int\n");
}

由于 contiguous_range 满足所有更弱的可读类别，因此会打印出多行。

9. 目前已介绍的 range 所属的类别

目前介绍过的所有 range 都属于连续 range：

::fast_io::vector
::fast_io::string
::fast_io::array
::fast_io::span
::fast_io::string_view
::fast_io::cstring_view
::fast_io::index_span
C 风格数组

后续章节会介绍不连续的 range。

要点

range 是根概念。
可读层级从 input_range 一直上升到 contiguous_range。
output_range 是一个独立的可写分支。
每个更强的可读类别都包含所有更弱的类别。
连续 range 保证在抽象地址空间中地址相邻。
目前介绍过的所有 range 都是连续的。